Igaüks on juba ammu harjunud sellise objektiga nagu magnet. Me ei näe selles midagi erilist. Tavaliselt seostame seda koolieelikutele füüsikatundide või magneti omaduste trikkide vormis demonstratsiooniga. Ja harva mõtleb keegi sellele, kui palju magneteid meid igapäevaelus ümbritseb. Neid on igas korteris kümneid. Magnet on iga kõlari, magnetofoni, elektripardli, kella seadmes. Isegi purk naelu on üks.
Ja mida veel?
Meie – inimesed – pole erand. Tänu kehas voolavatele biovooludele on meie ümber selle jõujoonte nähtamatu muster. Maa on tohutu magnet. Ja veelgi suurejoonelisem – päikese plasmapall. Inimmõistusele arusaamatud galaktikate ja udukogude mõõtmed lubavad harva arvata, et need kõik on ka magnetid.
Kaasaegne teadus nõuab uute suurte ja ülivõimsate magnetite loomist, mille kasutusvaldkonnad on seotud termotuumasünteesi, elektrienergia tootmise, laetud osakeste kiirendamise sünkrotronides, uppunud laevade tõstmisega. Looge magnetilisi omadusi kasutades ülitugev välimagnet on üks kaasaegse füüsika probleeme.
Mõtete selgitamine
Magnetväli on jõud, mis mõjub liikuvatele laenguga kehadele. See "ei tööta" statsionaarsete (või laenguta) objektidega ja toimib elektromagnetvälja vormina, mis eksisteerib üldisema mõistena.
Kui kehad suudavad luua enda ümber magnetvälja ja kogeda ise selle mõjujõudu, nimetatakse neid magnetiteks. See tähendab, et need objektid on magnetiseeritud (neil on vastav moment).
Erinevad materjalid reageerivad välisele väljale erinev alt. Neid, mis nõrgendavad selle toimet enda sees, nimetatakse paramagnetiteks ja neid, mis seda tugevdavad, nimetatakse diamagnetideks. Üksikutel materjalidel on omadus võimendada välist magnetvälja tuhandekordselt. Need on ferromagnetid (koob alt, nikkel rauaga, gadoliinium, aga ka nimetatud metallide ühendid ja sulamid). Neid, mis tugeva välisvälja mõju alla sattudes omandavad ise magnetilised omadused, nimetatakse kõvaks magnetiliseks. Teised, mis on võimelised käituma nagu magnetid ainult välja otsesel mõjul ja lakkavad olemast selle kadumisel, on pehmed magnetilised.
Natuke ajalugu
Inimesed on püsimagnetite omadusi uurinud juba väga-väga vanadest aegadest. Neid mainitakse Vana-Kreeka teadlaste kirjutistes juba 600 aastat eKr. Looduslikke (loodusliku päritoluga) magneteid võib leida magnetmaagi maardlates. Suurtest looduslikest magnetitest kuulsaimat hoitakse Tartusülikool. See kaalub 13 kilogrammi ja selle abiga tõstetav koorem on 40 kg.
Inimkond on õppinud looma tehismagneteid kasutades erinevaid ferromagneteid. Pulbri (koob altist, rauast jne) väärtus seisneb võimes hoida enda kaalust 5000 korda suuremat koormat. Kunstlikud isendid võivad olla püsivad (saadud kõvadest magnetmaterjalidest) või elektromagnetid, millel on südamik, mille materjaliks on pehme magnetraud. Pingeväli neis tekib elektrivoolu läbimise tõttu läbi südamikuga ümbritsetud mähise juhtmete.
Esimene tõsine raamat, mis sisaldas katseid teaduslikult uurida magneti omadusi, oli Londoni arsti Gilberti töö, mis avaldati 1600. aastal. See töö sisaldab kogu tol ajal kättesaadavat teavet magnetismi ja elektri kohta, samuti autori katseid.
Inimene püüab mistahes olemasolevaid nähtusi praktilise eluga kohandada. Muidugi polnud magnet erand.
Kuidas magneteid kasutatakse
Millised magneti omadused on inimkond omaks võtnud? Selle ulatus on nii lai, et saame vaid põgus alt puudutada selle imelise eseme peamisi kuulsamaid seadmeid ja rakendusi.
Kompass on hästi tuntud seade maapinnal suundade määramiseks. Tänu temale sillutavad need teed lennukitele ja laevadele, maismaatranspordile ja jalakäijate liikluse sihtmärkidele. Needseadmed võivad olla magnetilised (osutitüüpi), mida kasutavad turistid ja topograafid, või mittemagnetilised (raadio- ja hüdrokompassid).
Esimesed looduslikest magnetitest kompassid valmistati 11. sajandil ja neid kasutati navigatsioonis. Nende tegevus põhineb magnetilisest materjalist valmistatud pika nõela vabal pöörlemisel horisonta altasapinnas, mis on tasakaalustatud teljel. Üks selle otstest on alati suunatud lõunasse, teine - põhja poole. Seega saate alati täpselt teada peamiste punktide põhijuhised.
Põhisfäärid
Valdkonnad, kus magneti omadused on leidnud oma peamise rakenduse – raadio- ja elektrotehnika, mõõteriistad, automaatika ja telemehaanika. Ferromagnetilistest materjalidest saadakse releed, magnetahelad jne 1820. aastal avastati voolu juhtiva juhi omadus mõjuda magnetnõelale, mis sundis seda pöörlema. Samal ajal tehti veel üks avastus - paralleelsete juhtide paaril, mida läbib samasuunaline vool, on vastastikuse külgetõmbe omadus.
Selle tõttu tehti oletus magneti omaduste põhjuse kohta. Kõik sellised nähtused tekivad seoses vooludega, sealhulgas nendega, mis ringlevad magnetiliste materjalide sees. Tänapäevased ideed teaduses on selle eeldusega täielikult kooskõlas.
Teave mootorite ja generaatorite kohta
Selle põhjal on loodud palju erinevaid elektrimootoreid ja elektrigeneraatoreid, see tähendab pöörlevat tüüpi masinaid, mille tööpõhimõte põhineb mehaanilise energia muundamisel elektrienergiaks (kõneme räägime generaatoritest) või elektrilistest kuni mehaanilisteni (mootoritest). Iga generaator töötab elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel, see tähendab, et EMF (elektromootorjõud) tekib juhtmes, mis liigub magnetväljas. Elektrimootor töötab jõu ilmnemise nähtuse alusel juhtmes, mille vool on paigutatud põikvälja.
Kasutades välja vastastikmõju tugevust vooluga, mis läbib nende liikuvate osade mähiste pöördeid, seadmed, mida nimetatakse magnetoelektriliseks tööks. Induktsioonelektriarvesti toimib uue võimsa kahe mähisega vahelduvvoolumootorina. Mähiste vahel asuv juhtiv ketas pöörleb pöördemomendi võrra, mis on võrdeline sisendvõimsusega.
Ja igapäevaelus?
Miniatuurse aku toitel elektrilised käekellad on kõigile tuttavad. Tänu paari magneti, paari induktiivpoolide ja transistori kasutamisele on nende seade saadaolevate osade arvu poolest palju lihtsam kui mehaanilised kellad.
Üha enam kasutatakse elektromagnetilist tüüpi lukke või magnetelementidega varustatud silinderlukke. Nendes on nii võti kui ka lukk varustatud kombineeritud komplektiga. Kui õige võti siseneb lukku, tõmmatakse magnetluku sisemised elemendid soovitud asendisse, mis võimaldab seda avada.
Dünamomeetrite ja galvanomeetri (ülitundlik seade, millega mõõdetakse nõrka voolu) seade põhineb magnetite toimel. Magneti omadused on leidnud rakendust abrasiivide valmistamisel. Niisiisnimetatakse teravateks väikesteks ja väga kõvadeks osakesteks, mida on vaja mitmesuguste esemete ja materjalide mehaaniliseks töötlemiseks (lihvimine, poleerimine, karestamine). Nende valmistamisel settib segu koostises vajalik ferrosilikoon osaliselt ahjude põhja ja viiakse osaliselt abrasiivi koostisesse. Selle eemaldamiseks on vaja magneteid.
Teadus ja kommunikatsioon
Ainete magnetiliste omaduste tõttu on teadusel võimalus uurida erinevate kehade ehitust. Mainida saab ainult magnetokeemiat või magnetvigade tuvastamist (defektide tuvastamise meetod, mille käigus uuritakse magnetvälja moonutusi teatud tootepiirkondades).
Neid kasutatakse ka mikrolaineseadmete, raadiosidesüsteemide (sõjaväe- ja kommertsliinid) tootmisel, kuumtöötlemisel nii kodus kui ka toiduainetööstuses (mikrolaineahjud on kõigile hästi teada). Kõiki keerukamaid tehnilisi seadmeid ja rakendusi, milles tänapäeval ainete magnetilisi omadusi kasutatakse, on peaaegu võimatu ühe artikli raames loetleda.
Meditsiinivaldkond
Erandiks polnud ka diagnostika ja meditsiiniteraapia valdkond. Tänu röntgenikiirgust genereerivatele elektronide lineaarsetele kiirenditele viiakse läbi kasvajateraapiat, prootonkiire genereeritakse tsüklotronites või sünkrotronides, millel on röntgenikiirte ees eelised lokaalses suunalisuses ning suurenenud efektiivsus silma- ja ajukasvajate ravis.
Mis puudutab bioloogilistteadus, isegi enne eelmise sajandi keskpaika ei olnud keha elutähtsad funktsioonid kuidagi seotud magnetväljade olemasoluga. Teaduskirjandust täiendati aeg-aj alt üksikute teadetega nende ühe või teise meditsiinilise toime kohta. Kuid alates kuuekümnendatest on magneti bioloogilisi omadusi käsitlevad väljaanded olnud laviiniks.
Siis ja praegu
Alkeemikud üritasid aga inimesi sellega ravida juba 16. sajandil. On tehtud palju edukaid katseid ravida hambavalu, närvihäireid, unetust ja paljusid probleeme siseorganitega. Tundub, et magnet leidis meditsiinis kasutust hiljem alt navigatsioonis.
Viimase poole sajandi jooksul on laialdaselt kasutatud magnetkäevõrusid, mis on populaarsed vererõhuhäiretega patsientide seas. Teadlased uskusid tõsiselt magneti võimesse suurendada inimkeha vastupidavust. Elektromagnetiliste seadmete abil õpiti mõõtma verevoolu kiirust, võtma proove või süstima vajalikke ravimeid kapslitest.
Magnet eemaldab väikesed metalliosakesed, mis on silma kukkunud. Elektriliste andurite töö põhineb selle tegevusel (igaüks meist tunneb elektrokardiogrammi võtmise protseduuri). Tänapäeval muutub füüsikute koostöö bioloogidega inimkehale magnetvälja mõju aluseks olevate mehhanismide uurimiseks tihedamaks ja vajalikumaks.
Neodüümmagnet: omadused ja rakendused
Neodüümmagnetitel on inimeste tervisele maksimaalne mõju. Need koosnevadneodüüm, raud ja boor. Nende keemiline valem on NdFeB. Sellise magneti peamine eelis on selle välja tugev mõju suhteliselt väikese suurusega. Niisiis, 200 gaussi jõuga magneti kaal on umbes 1 g. Võrdluseks, võrdse tugevusega raudmagneti kaal on umbes 10 korda suurem.
Teine mainitud magnetite vaieldamatu eelis on hea stabiilsus ja võime säilitada soovitud omadusi sadu aastaid. Sajandi jooksul kaotab magnet oma omadused vaid 1%.
Kuidas täpselt neodüümmagneteid töödeldakse?
Parandab vereringet, stabiliseerib vererõhku, võitleb migreeni vastu.
Neodüümmagnetite omadusi hakati raviks kasutama umbes 2000 aastat tagasi. Seda tüüpi teraapiat mainitakse iidse Hiina käsikirjades. Seejärel raviti inimkehale magnetiseeritud kive.
Teraapia eksisteeris ka nende keha külge kinnitamise vormis. Legend väidab, et Kleopatra võlgnes oma suurepärase tervise ja ebamaise ilu pidevale magnetsideme peas kandmisele. Pärsia teadlased kirjeldasid 10. sajandil üksikasjalikult neodüümmagnetite omaduste kasulikku mõju inimkehale põletiku ja lihasspasmide kõrvaldamise korral. Tolle aja säilinud tõendite järgi võib hinnata nende kasutamist lihasjõu, luude tugevuse suurendamiseks ja liigesevalu vähendamiseks.
Kõigist hädadest…
Tõendid sellise mõju tõhususe kohta avaldati 1530. aastalaastal kuulsa Šveitsi arsti Paracelsuse poolt. Arst kirjeldas oma kirjutistes magneti maagilisi omadusi, mis võivad stimuleerida keha jõude ja põhjustada enesetervendamist. Tohutu hulk haigusi sai tol ajal magneti abil jagu.
Eneseravi selle vahendi abil levis USA-s sõjajärgsetel aastatel (1861-1865), mil ravimitest kategooriliselt puudus. Kasutas seda nii ravimina kui ka valuvaigistina.
Alates 20. sajandist on magneti raviomadused saanud teaduslikku põhjendust. 1976. aastal võttis Jaapani arst Nikagawa kasutusele magnetvälja puudulikkuse sündroomi mõiste. Uuringud on kindlaks teinud selle täpsed sümptomid. Need koosnevad nõrkusest, väsimusest, töövõime langusest ja unehäiretest. Esineb ka migreeni, liigese- ja seljavalusid, probleeme seede- ja kardiovaskulaarsüsteemiga hüpotensiooni või hüpertensiooni näol. See puudutab sündroomi ja günekoloogia valdkonda ning nahamuutusi. Magnetoteraapiat kasutades saab neid seisundeid üsna eduk alt normaliseerida.
Teadus ei seisa paigal
Teadlased jätkavad katsetamist magnetväljadega. Katseid tehakse nii loomade ja lindude kui ka bakteritega. Nõrgenenud magnetvälja tingimused vähendavad katselindude ja hiirte ainevahetusprotsesside edukust, bakterid lõpetavad järsult paljunemise. Pikaajalise väljapuuduse korral toimuvad eluskudedes pöördumatud muutused.
See on võidelda kõigi selliste nähtustega ja põhjustatudmagnetoteraapiat kui sellist kasutavad nad arvukate negatiivsete tagajärgedega. Tundub, et praegu ei ole magnetite kõiki kasulikke omadusi veel piisav alt uuritud. Arste ootab ees palju huvitavaid avastusi ja uusi arenguid.
