Všichni jsou již dlouho zvyklí na takový předmět, jako je magnet. Nevidíme v tom nic zvláštního. Většinou si to spojujeme s hodinami fyziky nebo ukázkou v podobě triků vlastností magnetu pro předškoláky. A jen zřídka se někdo zamyslí nad tím, kolik magnetů nás obklopuje v každodenním životě. V každém bytě jich jsou desítky. Magnet je přítomen v zařízení každého reproduktoru, magnetofonu, elektrického holicího strojku, hodinek. I sklenice hřebíků je jedna.
A co ještě?
My – lidé – nejsme výjimkou. Díky bioproukům proudícím v těle je kolem nás neviditelný vzorec jeho siločar. Země je obrovský magnet. A ještě grandióznější - plazmová koule slunce. Pro lidskou mysl nepochopitelné rozměry galaxií a mlhovin jen zřídka umožňují myšlenku, že všechny tyto jsou také magnety.
Moderní věda vyžaduje vytvoření nových velkých a supervýkonných magnetů, jejichž oblasti použití jsou spojeny s termonukleární fúzí, výrobou elektrické energie, urychlováním nabitých částic v synchrotronech, zvedáním potopených lodí. Vytvořte super silné pole pomocí magnetických vlastnostímagnet je jedním z problémů moderní fyziky.
Ujasněte si pojmy
Magnetické pole je síla působící na tělesa s nábojem, která jsou v pohybu. „Nefunguje“se stacionárními objekty (nebo bez náboje) a slouží jako forma elektromagnetického pole, které existuje jako obecnější pojem.
Pokud dokážou tělesa kolem sebe vytvořit magnetické pole a sama zažít sílu jeho vlivu, nazývají se magnety. To znamená, že tyto objekty jsou zmagnetizovány (mají odpovídající moment).
Různé materiály reagují na vnější pole odlišně. Ty, které oslabují jeho působení uvnitř sebe, se nazývají paramagnety a ty, které jej posilují, se nazývají diamagnety. Jednotlivé materiály mají tu vlastnost, že tisícinásobně zesílí vnější magnetické pole. Jedná se o feromagnetika (kob alt, nikl se železem, gadolinium, dále sloučeniny a slitiny zmíněných kovů). Ty z nich, které po pádu pod vlivem silného vnějšího pole samy získávají magnetické vlastnosti, se nazývají tvrdé magnetické. Jiné, schopné chovat se jako magnety pouze pod přímým vlivem pole a s jeho zmizením tomu tak být přestávají, jsou měkké magnetické.
Trochu historie
Lidé studují vlastnosti permanentních magnetů od velmi, velmi starých časů. Jsou zmíněny ve spisech vědců starověkého Řecka již 600 let před naším letopočtem. Přírodní (přírodního původu) magnety lze nalézt v ložiskách magnetické rudy. Nejznámější z velkých přírodních magnetů se nachází v Tartuuniverzita. Váží 13 kilogramů a náklad, který lze s jeho pomocí zvednout, je 40 kg.
Lidstvo se naučilo vytvářet umělé magnety pomocí různých feromagnetik. Hodnota prášku (z kob altu, železa atd.) spočívá ve schopnosti udržet náklad o hmotnosti 5000násobku jeho vlastní hmotnosti. Umělé vzorky mohou být trvalé (získané z tvrdých magnetických materiálů) nebo elektromagnety s jádrem, jehož materiálem je měkké magnetické železo. Napěťové pole v nich vzniká průchodem elektrického proudu vodiči vinutí, které je obklopeno jádrem.
První seriózní knihou obsahující pokusy o vědecké studium vlastností magnetu byla práce londýnského lékaře Gilberta, vydaná v roce 1600. Tato práce obsahuje souhrn informací dostupných v té době ohledně magnetismu a elektřiny, stejně jako autorovy experimenty.
Člověk se snaží přizpůsobit jakýkoli z existujících jevů praktickému životu. Magnet samozřejmě nebyl výjimkou.
Jak se magnety používají
Jaké vlastnosti magnetu lidstvo přijalo? Jeho záběr je tak široký, že se můžeme jen letmo dotknout hlavních, nejznámějších zařízení a aplikací tohoto nádherného předmětu.
Kompas je dobře známé zařízení pro určování směru na zemi. Díky němu razí cestu letadlům a lodím, pozemní dopravě a cílům pěší dopravy. Tytozařízení mohou být magnetická (typ ukazovátka), používaná turisty a topografy, nebo nemagnetická (rádiové a hydrokompasy).
První kompasy z přírodních magnetů byly vyrobeny v 11. století a používaly se při navigaci. Jejich působení je založeno na volné rotaci v horizontální rovině dlouhé jehly z magnetického materiálu, vyvážené na ose. Jeden z jeho konců vždy směřuje na jih, druhý - na sever. Vždy tak můžete přesně zjistit hlavní směry týkající se světových stran.
Hlavní sféry
Oblasti, kde vlastnosti magnetu našly své hlavní uplatnění – rádio a elektrotechnika, přístrojové vybavení, automatizace a telemechanika. Z feromagnetických materiálů se získávají relé, magnetické obvody atd. V roce 1820 byla objevena vlastnost vodiče s proudem působit na jehlu magnetu a nutit ji k otáčení. Zároveň byl učiněn další objev - dvojice paralelních vodičů, kterými prochází proud stejného směru, má vlastnost vzájemné přitažlivosti.
Z toho důvodu byl učiněn předpoklad o příčině vlastností magnetu. Všechny tyto jevy vznikají v souvislosti s proudy, včetně těch, které cirkulují uvnitř magnetických materiálů. Moderní myšlenky ve vědě jsou plně v souladu s tímto předpokladem.
O motorech a generátorech
Na jeho základě bylo vytvořeno mnoho druhů elektromotorů a elektrických generátorů, to znamená strojů rotačního typu, jejichž princip činnosti je založen na přeměně mechanické energie na energii elektrickou (mluvený projevmluvíme o generátorech) nebo elektrických až mechanických (o motorech). Jakýkoli generátor funguje na principu elektromagnetické indukce, to znamená, že EMF (elektromotorická síla) se vyskytuje v drátu, který se pohybuje v magnetickém poli. Elektromotor funguje na základě jevu vzniku síly ve vodiči s proudem umístěným v příčném poli.
Využívá sílu interakce pole s proudem, který prochází závity vinutí jejich pohyblivých částí, zařízení nazývaná magnetoelektrická práce. Indukční elektroměr funguje jako nový výkonný střídavý motor se dvěma vinutími. Vodivý kotouč umístěný mezi vinutími se otáčí kroutícím momentem úměrným příkonu.
A v každodenním životě?
Elektrické náramkové hodinky napájené miniaturní baterií zná každý. Jejich zařízení je díky použití dvojice magnetů, dvojice induktorů a tranzistoru co do počtu dostupných dílů mnohem jednodušší než mechanické hodinky.
Zámky elektromagnetického typu nebo cylindrické zámky vybavené magnetickými prvky se stále více používají. V nich jsou klíč i zámek vybaveny kombinační sadou. Když správný klíč vstoupí do prohlubně zámku, vnitřní prvky magnetického zámku jsou přitahovány do požadované polohy, což umožňuje jeho otevření.
Zařízení dynamometrů a galvanometru (vysoce citlivý přístroj, kterým se měří slabé proudy) je založeno na působení magnetů. Vlastnosti magnetu našly uplatnění při výrobě brusiv. Taknazývané ostré malé a velmi tvrdé částice, které jsou potřebné pro mechanické zpracování (broušení, leštění, hrubování) nejrůznějších předmětů a materiálů. Při jejich výrobě se na dně pecí částečně usazuje ferrosilicium, které je nezbytné ve složení směsi, a částečně se zavádí do složení brusiva. K odstranění jsou potřeba magnety.
Věda a komunikace
Díky magnetickým vlastnostem látek má věda schopnost studovat strukturu různých těles. Můžeme zmínit pouze magnetochemii nebo magnetickou detekci defektů (metoda zjišťování defektů studiem zkreslení magnetického pole v určitých oblastech výrobků).
Používají se také při výrobě mikrovlnných zařízení, radiokomunikačních systémů (vojenské a komerční linky), tepelného zpracování, a to jak v domácnosti, tak v potravinářském průmyslu (mikrovlnné trouby jsou všem dobře známy). Je téměř nemožné v rámci jednoho článku vyjmenovat všechna nejsložitější technická zařízení a aplikace, ve kterých se dnes využívají magnetické vlastnosti látek.
Lékařská oblast
Oblast diagnostiky a léčebné terapie nebyla výjimkou. Díky elektronovým lineárním urychlovačům generujícím rentgenové záření probíhá nádorová terapie, protonové svazky jsou generovány v cyklotronech nebo synchrotronech, které mají oproti rentgenovému záření výhody v lokální směrovosti a zvýšené účinnosti při léčbě očních a mozkových nádorů.
Pokud jde o biologickévědy, ještě před polovinou minulého století nebyly životní funkce těla nijak spojeny s existencí magnetických polí. Vědecká literatura byla občas doplňována jednotlivými zprávami o jednom nebo druhém z jejich lékařských účinků. Ale od šedesátých let se publikace o biologických vlastnostech magnetu strhla lavina.
Tenkrát a teď
Pokoušeli se jím léčit lidi ale alchymisté již v 16. století. Došlo k mnoha úspěšným pokusům vyléčit bolesti zubů, nervové poruchy, nespavost a mnoho problémů s vnitřními orgány. Zdá se, že magnet našel své využití v lékařství nejpozději v navigaci.
Poslední půlstoletí byly široce používány magnetické náramky, oblíbené mezi pacienty se sníženým krevním tlakem. Vědci vážně věřili ve schopnost magnetu zvýšit odolnost lidského těla. Pomocí elektromagnetických přístrojů se naučili měřit rychlost průtoku krve, odebírat vzorky nebo aplikovat potřebné léky z kapslí.
Magnet odstraňuje malé kovové částice, které spadly do oka. Činnost elektrických senzorů je založena na jeho působení (každý z nás zná postup při pořizování elektrokardiogramu). V naší době je spolupráce fyziků s biology při studiu základních mechanismů vlivu magnetického pole na lidské tělo stále bližší a potřebnější.
Neodymový magnet: vlastnosti a použití
Neodymové magnety jsou považovány za magnety, které mají maximální dopad na lidské zdraví. Skládají se zneodym, železo a bór. Jejich chemický vzorec je NdFeB. Hlavní výhodou takového magnetu je silný účinek jeho pole při relativně malé velikosti. Hmotnost magnetu o síle 200 gaussů je tedy asi 1 g. Pro srovnání, železný magnet stejné síly má hmotnost asi 10krát větší.
Další nepochybnou výhodou zmíněných magnetů je dobrá stabilita a schopnost uchovat požadované kvality po stovky let. V průběhu století ztratí magnet své vlastnosti pouze o 1 %.
Jak přesně jsou neodymové magnety ošetřeny?
Zlepšuje krevní oběh, stabilizuje krevní tlak, bojuje proti migrénám.
Vlastnosti neodymových magnetů se k léčbě začaly využívat asi před 2000 lety. Zmínky o tomto typu terapie se nacházejí v rukopisech staré Číny. Léčba pak spočívala v aplikaci magnetizovaných kamenů na lidské tělo.
Terapie existovala také ve formě jejich přikládání k tělu. Legenda tvrdí, že Kleopatra vděčila za své vynikající zdraví a nadpozemskou krásu neustálému nošení magnetického obvazu na hlavě. V 10. století perští vědci podrobně popsali blahodárný účinek vlastností neodymových magnetů na lidský organismus v případě odstranění zánětů a svalových křečí. Podle dochovaných důkazů z té doby lze posoudit jejich použití ke zvýšení svalové síly, pevnosti kostí a snížení bolesti kloubů.
Od všech nemocí…
Důkaz o účinnosti takového dopadu byl zveřejněn v roce 1530ročníku slavného švýcarského lékaře Paracelsa. Doktor ve svých spisech popsal magické vlastnosti magnetu, který by mohl stimulovat tělesné síly a způsobit samoléčení. Velké množství nemocí v té době začalo být překonáno pomocí magnetu.
Samoléčba pomocí tohoto léku se v USA rozšířila v poválečných letech (1861-1865), kdy léky kategoricky chyběly. Používal se jako lék i jako prostředek proti bolesti.
Od 20. století získaly léčivé vlastnosti magnetu vědecké opodstatnění. V roce 1976 představil japonský lékař Nikagawa koncept syndromu nedostatku magnetického pole. Výzkum prokázal přesné příznaky. Spočívají ve slabosti, únavě, snížené výkonnosti a poruchách spánku. Objevují se také migrény, bolesti kloubů a páteře, problémy s trávicím a kardiovaskulárním systémem v podobě hypotenze či hypertenze. Týká se syndromu a oboru gynekologie a kožních změn. Pomocí magnetoterapie lze tyto stavy celkem úspěšně normalizovat.
Věda nestojí na místě
Vědci pokračují v experimentech s magnetickými poli. Experimenty se provádějí jak na zvířatech a ptácích, tak na bakteriích. Podmínky oslabeného magnetického pole snižují úspěšnost metabolických procesů u pokusných ptáků a myší, bakterie se náhle přestanou množit. Při dlouhodobém deficitu pole procházejí živé tkáně nevratnými změnami.
Je to bojovat proti všem takovým jevům a způsobenýmmagnetoterapii jako takovou využívají s četnými negativními důsledky. Zdá se, že v současnosti nejsou všechny užitečné vlastnosti magnetů ještě dostatečně prozkoumány. Lékaři mají před sebou spoustu zajímavých objevů a nového vývoje.
