Mágnes

A mágnes  olyan test, amelynek saját mágneses tere van . Talán a szó egy másik görögből származik. Μαγνῆτις λίθος ( Magnētis líthos ), " Magnesia kő " - Magnesia régió és a kis-ázsiai Magnesia ősi város nevéből [1] [2] , ahol az ókorban magnetitlerakódásokat fedeztek fel . [3]

A legegyszerűbb és legkisebb mágnes elektronnak tekinthető . Az összes többi mágnes mágneses tulajdonságait a bennük lévő elektronok mágneses momentumai okozzák . A kvantumtérelmélet szempontjából az elektromágneses kölcsönhatást tömeg nélküli bozon  - foton (egy elektromágneses tér kvantumgerjesztéseként ábrázolható részecske) hordozza.

Az állandó mágnes  egyferromágnesbőla külső mágneses tér kikapcsolása utánis képes megtartani amaradék mágnesezettségetAz állandó mágnesekhez általában használt anyagok avas,nikkel,kobalt, néhányritkaföldfém ötvözet(például aneodímium mágneseknél) és néhány természetben előforduló ásvány, példáulmagnetit. Az állandó mágneseket a mágneses tér autonóm (nem fogyasztó) forrásaként használják. A mágnes tulajdonságait a mágnesanyag mágneses hiszterézisdemagnetizáló szakaszának jellemzői határozzák megB r maradékindukció ésH c koercitív erő, annál nagyobb a mágnes mágnesezettsége és stabilitása. Az állandó mágnesek jellemző mezői 1T(10 kG) értékig.

Az elektromágnes  olyan eszköz, amelynek mágneses tere csak akkor jön létre, haelektromos áram folyik. Általában ez egymágnestekercs, amelynek belsejében egy ferromágneses (általában vas) mag van behelyezve, és nagymágneses permeabilitással . Az 1,5-2 T elektromágnesek karakterisztikus mezőit a vasúgynevezett telítettsége határozza meg, vagyis a mágneses különbségi permeabilitás éles csökkenése a mágneses mező nagy értékeinél.

Felfedezési előzmények

Egy régi legenda egy Magnus nevű pásztorról szól ( Lev Tolsztoj „Mágnes” című gyerekeknek szóló történetében ez a pásztor neve Magnis). Egyszer felfedezte, hogy botja vashegye és csizmája szögei vonzódnak a fekete kőhöz. Ezt a követ kezdték „Magnus kövének” vagy egyszerűen „mágnesnek” nevezni annak a területnek a neve után, ahol vasércet bányásztak (Magnesia dombjai Kis-Ázsiában). Így korszakunk előtt sok évszázaddal ismert volt, hogy bizonyos kőzetek vasdarabokat vonzanak magukhoz. Az ie 6. században Thalész görög fizikus és filozófus említette . A mágnes tulajdonságainak első tudományos vizsgálatát a 13. században Peter Peregrinus tudós végezte . 1269-ben jelent meg „A mágnes könyve” című esszéje, amelyben a mágnesesség számos tényéről írt: a mágnesnek két pólusa van, amelyeket a tudós északnak és délnek nevezett el; a pólusokat nem lehet széttörni egymástól. Vándorsólyom a pólusok közötti kölcsönhatás két típusáról is írt - a vonzásról és a taszításról. A 12-13. században a mágneses iránytűket már használták a navigációban Európában , Kínában és a világ más országaiban [4] .

1600-ban William Gilbert angol orvos kiadta On the Magnet című művét. A már ismert tényekhez Hilbert fontos megfigyeléseket fűzött hozzá: a mágneses pólusok hatásának vasszerelvényekkel történő megerősítése, a mágnesesség elvesztése hevítéskor és mások. 1820-ban Hans Christian Oersted dán fizikus egy előadásában megpróbálta bemutatni hallgatóinak az elektromosság és a mágnesesség közötti kapcsolat hiányát azáltal, hogy egy mágnestű közelében elektromos áramot kapcsolt be. Egyik hallgatója szerint szó szerint "döbbenten" látta, hogy a mágnestű az áram bekapcsolása után oszcillálni kezdett. Oersted nagy érdeme, hogy felismerte megfigyelésének jelentőségét, és megismételte a kísérletet. Miután egy galvanikus akkumulátor pólusait egy hosszú vezetékkel összekapcsolta , Oersted vízszintesen és párhuzamosan meghosszabbította a vezetéket egy szabadon felfüggesztett mágnestűvel. Amint az áramot bekapcsolták, a nyíl azonnal eltért, és megpróbált merőlegesen állni a vezeték irányára. Amikor az áram iránya megváltozott, a nyíl a másik irányba tért el. Oersted hamarosan bebizonyította, hogy a mágnes bizonyos erővel hat az áramot szállító vezetékre.

Nagy jelentőséggel bírt az elektromos áram és a mágnes kölcsönhatásának felfedezése . Ez egy új korszak kezdete volt az elektromosság és mágnesesség tanában. Ez a kölcsönhatás fontos szerepet játszott a fizikai kísérlet technikájának kialakulásában.

Dominique Francois Arago francia fizikus, miután tudomást szerzett Oersted felfedezéséről, kísérletsorozatba kezdett. Egy üvegcső köré rézdrótot tekert, amelybe vasrudat szúrt. Amint az elektromos áramkört lezárták , a rúd erősen mágnesezetté vált, és a vaskulcsok szilárdan a végéhez tapadtak; amikor kikapcsolták az áramot, a kulcsok leestek. Arago mágnesnek tekintette a vezetőt, amelyen keresztül az áram folyik. Ennek a jelenségnek a helyes magyarázatát André Ampère francia fizikus kutatásai nyomán adta meg , aki lényegi kapcsolatot állapított meg az elektromosság és a mágnesesség között. Eredményeiről 1820 szeptemberében tájékoztatta a Francia Tudományos Akadémiát .

Aztán Ampere a "gépében" a keretet szabadon felfüggesztett spirálvezetőre cserélte. Ez a vezeték, amikor áramot vezettek át rajta, mágneses tulajdonságot kapott. Ampère mágnesszelepnek nevezte. A szolenoid mágneses tulajdonságai alapján Ampère azt javasolta, hogy a mágnesességet a körkörös áramok miatti jelenségnek tekintsék. Úgy vélte, hogy a mágnes olyan molekulákból áll, amelyekben körkörös áramok vannak. Mindegyik molekula egy kis mágnes, ugyanazokkal a pólusokkal, ugyanabban az irányban, ezek a kis mágnesek mágnest alkotnak. Az acélszalagon egy mágnest (többször ugyanabban az irányban) átvezetve a köráramú molekulákat ugyanúgy térbeli orientációra kényszerítjük. Így az acéllemez mágnessé válik. Most egyértelművé vált az Arago tapasztalata a rézhuzalba tekert üvegcsővel. A belenyomott vasrúdból mágnes lett, mert áram folyt körülötte. Elektromágnes volt.

1825-ben William Sturgeon angol mérnök elkészítette az első elektromágnest , amely egy hajlított lágyvas rúd volt, amelyet vastag rézhuzallal tekert be. A tekercstől való szigetelés érdekében a rudat lakkozták. Az áram átengedésekor a vasrúd erős mágnes tulajdonságait nyerte el, de az áram megszakadásakor azonnal elvesztette azokat. Az elektromágneseknek ez a tulajdonsága tette lehetővé, hogy széles körben alkalmazzák őket a technológiában.

Mágneses anyagok

A "mágnes" kifejezést általában olyan tárgyakra használják, amelyek saját mágneses mezővel rendelkeznek még alkalmazott mágneses tér hiányában is. Ez csak bizonyos anyagosztályoknál lehetséges. A legtöbb anyagban a mágneses tér az alkalmazott külső mágneses térrel kapcsolatban jelenik meg; ezt a jelenséget mágnesességnek nevezik. A mágnesességnek többféle típusa van, és minden anyagban van legalább egy.

Általánosságban elmondható, hogy egy mágneses anyag viselkedése jelentősen változhat az anyag szerkezetétől és nem utolsósorban elektronikus konfigurációjától függően . A mágneses térrel való kölcsönhatásnak többféle típusa létezik, többek között:

• A ferromágnesek és a ferrimágnesek  olyan anyagok, amelyeket általában mágnesesnek tekintenek. Elég erősen vonzódnak a mágneshez – hogy érezhető legyen a vonzás. Csak ezek az anyagok képesek megtartani a mágnesezettséget és állandó mágnesekké válni. A ferromágnesek hasonlóak a ferromágnesekhez, de gyengébbek náluk. A ferromágneses és ferrimágneses anyagok közötti különbségek azok mikroszkopikus szerkezetével kapcsolatosak.
• A paramágnesek  olyan anyagok, mint például a platina , az alumínium és az oxigén , amelyek gyengén vonzzák a mágnest. Ez a hatás több százezerszer gyengébb, mint a ferromágneses anyagok vonzása, ezért csak érzékeny műszerekkel vagy nagyon erős mágnesekkel érzékelhető.
• A diamágnesek  olyan anyagok, amelyek a külső mágneses tér irányával szemben mágneseződnek. A diamágneses, a para- és ferromágnesesekhez képest az olyan anyagokat, mint a szén , a réz , a víz és a műanyagok taszítják egy mágnes. Minden olyan anyag, amely nem rendelkezik a mágnesesség más típusai közül, diamágneses; a legtöbb anyag benne van. A közönséges mágnesből a diamágneses tárgyakra ható erők túl gyengék, azonban a szupravezető mágnesek erős mágneses mezőjében a diamágneses anyagok, például az ólomdarabok lebeghetnek , és mivel a szén és a víz diamágneses anyagok, még a szerves tárgyak is erős mágneses térben lebegnek, például élő békák és egerek [5] .

A mágnesesség más típusai is léteznek, mint például a spinüveg , a szuperparamágnesesség , a szuperdiamágnesesség és a metamágnesesség .

Mértékegységek

Az SI rendszerben a mágneses fluxus mértékegysége weber ( Wb ), mágneses permeabilitás  - henry per méter ( H / m ), mágneses térerősség  - amper per méter (A / m ), mágneses tér indukció - tesla .

Weber  - egy mágneses fluxus, amikor nullára csökken a hozzá kapcsolt áramkörben 1 ohm ellenállással , akkor az elektromos áram mennyisége átmegy 1 függő .

Henry  az induktivitás és a kölcsönös indukció nemzetközi egysége. Ha a vezető induktivitása 1 H, és az áramerősség egyenletesen változik másodpercenként 1 A-rel, akkor a végein 1 voltos EMF indukálódik. 1 henry = 1,00052 10 9 abszolút elektromágneses egységnyi induktivitás.

A Tesla  a mágneses tér indukciójának mértékegysége SI-ben, számszerűen megegyezik egy ilyen homogén mágneses tér indukciójával, amelyben 1 newton erő hat a mágneses indukciós vektorra merőleges egyenes vezető 1 méterére. áramerősség 1 amper.

Mágnesek használata

• Mágneses adathordozók: a szalagtekercsek ( orsók ), kompakt kazetták , VHS kazetták stb. mágnesszalagot tartalmaznak . A hang (hang és kép) információ a szalag mágneses bevonatán van kódolva. A számítógépes hajlékonylemezeken és merevlemezeken is vékony mágneses bevonaton rögzítik az adatokat. Az adathordozók azonban nem kizárólagosan mágnesek, mivel nem vonzzák a tárgyakat. A merevlemez-meghajtókban lévő mágneseket a meghajtó- és pozicionálómotorokban használják.
• Műanyag kártyák ( hitel- , betéti , ATM -kártyák stb.) - az összes ilyen kártya korai modelljeinek egyik oldalán mágnescsík található (a mágnescsíkokat fokozatosan intelligens kártya chipek váltják fel ). Ez a sáv kódolja azokat az információkat, amelyek egy pénzintézethez való csatlakozáshoz és a számláikhoz való kapcsolódáshoz szükségesek.
• Hagyományos katódsugárcsöves televíziók és számítógép-monitorok : Az ilyen televíziók és számítógép-monitorok elektromágneseket használnak az elektronsugarat meghajtására , és képet alkotnak a képernyőn. A plazmapanelek és az LCD-kijelzők más technológiát használnak.
• Hangszórók és dinamikus mikrofonok : A legtöbb hangszóró állandó mágnest és áramtekercset használ az elektromos energia (jel) mechanikai energiává (hangot keltő mozgás) átalakítására. A tekercs tekercs a diffúzorhoz van rögzítve, és váltakozó áram folyik rajta, amely kölcsönhatásba lép az állandó mágnes mezőjével. A dinamikus mikrofon membránja a hozzá erősített induktorral a hanghullámok hatására az állandó mágnes mezőjében elmozdul, aminek következtében ennek a tekercsnek a tekercsében a hangjellel arányos EMF indukálódik.
• Az elektromos gitár hangszedő fő eleme egy mágnes.
• Az állandó mágnesek hangtechnikai alkalmazásának másik példája az elektrofon hangszedőfeje és a legegyszerűbb magnók gazdaságos törlőfeje.

• Elektromos motorok és generátorok : Egyes elektromos motorok (például a hangszórók) elektromágnes és állandó mágnes kombinációján alapulnak. Az elektromos energiát mechanikai energiává alakítják. A generátor ezzel szemben a mechanikai energiát elektromos energiává alakítja át úgy, hogy egy vezetőt mágneses mezőn keresztül mozgat.
• Transzformátorok (autotranszformátorok): két tekercs (két áramkör) közötti elektromos energia átvitelére szolgáló eszközök mágneses mezőn keresztül.
• A mágneseket polarizált relékben használják . Az ilyen eszközök "emlékeznek" az állapotukra a tápellátás kikapcsolásakor.
• Iránytűk : Az iránytű (vagy tengeri iránytű) egy mágnesezett mutató, amely szabadon forgatható, és egy mágneses mező, leggyakrabban a Föld mágneses tere irányába orientálódik.
• Művészet : A mágneses vinil lapok rajzokhoz, fényképekhez és egyéb dekorációs tárgyakhoz rögzíthetők, így hűtőszekrényekre és más fémfelületekre is rögzíthetők.

• Játékok : Mivel a mágnesek közelről képesek ellenállni a gravitációnak, gyakran használják szórakoztató hatású gyermekjátékokban.
• A mágnesekből ékszereket lehet készíteni. A nyakláncok és karkötők lehetnek mágneses záródásúak, vagy készülhetnek teljes egészében összekapcsolt mágnesekből és fekete gyöngyökből.
• A mágnesek a zacskókban találhatók, mágnesezett vaslemez formájában, amelyet a táskát záró gomb belsejébe helyeznek; A felsőruházat belsejébe mágnesek is vannak varrva, amelyek elegáns, láthatatlan csattal zárják a ruha szárnyát.
• Számos modern kütyü ( okostelefonok , okosórák ) mágneses rögzítést használ a töltőcsatlakozó csatlakoztatására.
• A mágnesek felfoghatnak olyan mágneses tárgyakat (vasszögek, kapcsok, kapcsok, iratkapcsok), amelyek vagy túl kicsik, nehezen elérhetőek vagy túl vékonyak ahhoz, hogy ujjaival megfogjuk. Néhány csavarhúzó speciálisan erre a célra mágnesezett.
• A mágnesek a fémhulladék-feldolgozásban használhatók a mágneses fémek (vas, acél és nikkel) és a nem mágneses fémek (alumínium, színesfém ötvözetek stb.) elválasztására. Ugyanez az ötlet használható az úgynevezett "mágneses teszt" során is, amelynek során az autó karosszériáját mágnessel vizsgálják, hogy azonosítsák az üvegszálas vagy műanyag gitttel javított területeket.
• Maglev : Mágneses erők által hajtott és irányított maglev vonat. Egy ilyen vonat a hagyományos vonatokkal ellentétben mozgás közben nem érinti a sín felületét. Mivel a vonat és a futófelület között rés van, a súrlódás megszűnik, és az egyetlen fékezőerő az aerodinamikai ellenállás.
• A mágneseket bútorajtók rögzítésére használják.
• Elektromágneseket használnak a kaputelefon ajtózáraiban.
• Ha a szivacsokba mágneseket helyeznek, akkor ezekkel a szivacsokkal vékony, nem mágneses anyagokat lehet egyszerre lemosni mindkét oldalról, és az egyik oldal nehezen elérhető. Ez lehet például egy akvárium vagy egy erkély üvege.
• Mágnesek a nyomaték átvitelére szolgálnak egy falon, amely lehet például egy hermetikusan lezárt motortartály. Tehát az NDK "Submarine" játékát rendezték el. Ugyanígy a háztartási vízmérőkben a forgást az érzékelő lapátjairól a számláló egységre továbbítják.
• A mágneseket és a reed-kapcsolót speciális helyzetérzékelőkben használják. Például a hűtőajtó-érzékelőkben és a riasztókban.
• A Hall-érzékelővel összekapcsolt mágnesek a tengely szöghelyzetének vagy szögsebességének meghatározására szolgálnak.
• A mágneseket szikraközökben használják az ívoltás felgyorsítására.
• A mágneseket a mágneses részecske módszerrel (MPC) végzett roncsolásmentes vizsgálatokban használják.
• A mágneseket a radioaktív és ionizáló sugárzás sugarainak eltérítésére használják, például kamerás megfigyelés esetén .
• A mágneseket eltérõ tűvel, például árammérõvel ellátott mutatóeszközökben használják. Az ilyen eszközök nagyon érzékenyek és lineárisak.
• A mágneseket mikrohullámú szelepekben és keringetőszivattyúkban használják.
• A mágneseket a katódsugárcsövek eltérítő rendszerének részeként használják az elektronsugár pályájának beállítására.
• Az energiamegmaradás törvényének felfedezése előtt sok kísérlet történt arra, hogy mágneseket használjanak egy " örökmozgó gép " megépítésére. Az embereket az állandó mágnes mágneses mezőjének kimeríthetetlennek tűnő energiája vonzotta, amely már nagyon régóta ismert. De a működő elrendezés soha nem készült el.
• Mágneseket használnak az érintésmentes fékek felépítéséhez , amelyek két lemezből állnak, az egyik egy mágnes, a másik alumíniumból készült. Az egyik mereven a keretre van rögzítve, a másik a tengellyel együtt forog. A fékezést a köztük lévő rés szabályozza.
• A mágnest egy felültöltős mosógép dobparkoló érzékelőjében használják.
• Az indukciós tűzhelyekben elektromágneses égőket használnak .

Mágneses játékok

• Geomag
• NeoCube
• Uberorbs
• Mágneses konstruktor
• Mágneses rajztábla
• Mágneses betűk és számok
• Mágneses dáma és sakk
• hűtőmágnes

Orvosi és biztonsági kérdések

Tekintettel arra, hogy az emberi szövetek nagyon alacsony érzékenységgel rendelkeznek a statikus mágneses térrel szemben, nincs tudományos bizonyíték arra vonatkozóan, hogy hatékony lenne bármilyen betegség kezelésében [6] . Ugyanezen okból nincs tudományos bizonyíték arra, hogy az e területnek való kitettség emberi egészséget veszélyeztetne. Ha azonban ferromágneses idegentest van az emberi szövetekben, akkor a mágneses tér kölcsönhatásba lép vele, ami komoly veszélyt jelenthet [7] .

Különösen akkor, ha a pacemaker a páciens mellkasába van beépítve, tartsa távol a mágneses mezőktől. Ez az oka annak, hogy a pacemakerrel rendelkező betegeket nem lehet tesztelni MRI -vel , amely a belső szervek és szövetek mágneses képalkotó eszköze.

A gyerekek néha lenyelhetik a játékokból származó kis mágneseket. Ez veszélyes lehet, ha egy gyermek két vagy több mágnest lenyel, mivel a mágnesek károsíthatják a belső szöveteket; legalább egy halálesetet rögzítettek [8] .

Degaussing

Néha az anyagok mágnesezése nemkívánatossá válik, és szükségessé válik azok lemágnesezése. Az anyagok lemágnesezése háromféleképpen történhet:

• a mágnes Curie-hőmérséklet fölé melegítése mindig lemágnesezéshez vezet;
• erős ütés kalapáccsal egy mágnesre, vagy csak egy erős ütés lemágnesezéshez vezet.
• helyezze a mágnest olyan váltakozó mágneses térbe, amely meghaladja az anyag kényszerítő erejét , majd fokozatosan csökkentse a mágneses tér hatását, vagy távolítsa el róla a mágnest.

Ez utóbbi módszert az iparban használják szerszámok , merevlemezek gáztalanítására, a mágneskártyákon lévő információk törlésére stb.

Az anyagok részleges lemágnesezése az ütések következtében következik be, mivel az éles mechanikai hatás tartományzavarokhoz vezet.

Lásd még

• Elektromágneses kölcsönhatás
• Mágneses pillanat
• Mágneses mező
• Mágnesesség
• Állandómágnes
• Halbach mágneses szerelvény
• ritkaföldfém mágnes
• Elektromágnes
• hűtőmágnes
• Maxwell-egyenletek
• Ferrofluid

Jegyzetek

1. ↑ Az orosz nyelv etimológiai szótára, M. Fasmer
2. ↑ Idegen szavak szótára. - M .: " Orosz nyelv ", 1989. - 624 p. ISBN 5-200-00408-8
3. ↑ A " mágnes " nevet, ahogy Platón állította , Euripidész adta a magnetitnek , aki drámáiban "magnéziából származó kőnek " (Görögország) nevezte: Kartsev V.P. Mágnes három évezreden át. — M.: Atomizdat, 1978.
   
4. ↑ Petra G. Schmidl. Két korai arab forrás a mágneses iránytűről  //  Journal of Arabic and Islamic Studies : folyóirat.
5. ↑ Laborban levitált egerek  . Livescience.com (2009. szeptember 9.). Letöltve: 2012. április 21. Az eredetiből archiválva : 2012. május 31..
6. ↑ Flamm B. Mágnesterápia : Egy milliárd dolláros Boondoggle . // Szkeptikus érdeklődő. Vol. 2006. július-augusztus, 30.4. Letöltve: 2011. szeptember 30. Az eredetiből archiválva : 2012. február 9.. (határozatlan)
7. ↑ Schenck JF Erős, statikus mágneses mezők biztonsága  (neopr.)  // J Magn Reson Imaging. - 2000. - T. 12 , 1. sz . - S. 2-19 . - doi : 10.1002/1522-2586(200007)12:1<2::AID-JMRI2>3.0.CO;2-V . — PMID 10931560 .
8. ↑ Oestreich AE Világméretű felmérés a több mágnes lenyeléséből származó károkról   // Pediatr Radiol : Journal . - 2008. - Vol. 39 . - 142. o . - doi : 10.1007/s00247-008-1059-7 . — PMID 19020871 .

Irodalom

• Saveljev I. V. Általános fizika tanfolyam. - M . : Nauka , 1998. - T. 3. - 336 p. — ISBN 9785020150003 .
• Állandó mágnesek: Kézikönyv, szerk. Pyatina Yu. M.  - M .: Energia, 1980. - 488 p.

Tematikus oldalak	Óriásbomba
Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy katalán Nagy norvég Nagy orosz Nagy Szovjet (1 kiadás) Brockhaus és Efron a világ körül Kis Brockhaus és Efron Britannica (online) Universalis
Bibliográfiai katalógusokban BNF : 119830634 GND : 4131576-5 J9U : 987007543555005171 LCCN : sh85079796 NDL : 00574877 NKC : ph608647