استفاده از آهن ربا در زمینه های مختلف فعالیت جامعه مدرن. آهن ربا برای چه مواردی استفاده می شود

آهن ربا دو وجود دارد انواع متفاوت... برخی از آنها آهنرباهای دائمی هستند که از مواد "سخت مغناطیسی سخت" ساخته شده اند. آنها خواص مغناطیسیبا استفاده از منابع یا جریانهای خارجی مرتبط نیستند. نوع دیگر به اصطلاح آهنرباهای مغناطیسی با هسته آهن "مغناطیسی نرم" است. میدانهای مغناطیسی ایجاد شده آنها عمدتا به این دلیل است که جریان الکتریکی از سیم سیم پیچ که هسته را احاطه کرده عبور می کند.

قطب های مغناطیسی و میدان مغناطیسی.

خواص مغناطیسی آهنربای میله ای در انتهای آن بسیار مشهود است. اگر چنین آهنربایی توسط قسمت میانی معلق باشد تا بتواند آزادانه در یک سطح افقی بچرخد ، آنگاه تقریباً مطابق جهت شمال و جنوب خواهد بود. انتهای میله ای که به سمت شمال نشان می دهد قطب شمال و انتهای مخالف آن قطب جنوب نامیده می شود. قطب های مخالف دو آهن ربا به یکدیگر جذب می شوند و قطب های مشابه به طور متقابل دفع می شوند.

اگر یک میله آهن غیر مغناطیسی به یکی از قطب های آهن ربا نزدیک شود ، دومی به طور موقت مغناطیس می شود. در این حالت ، قطب نوار مغناطیسی نزدیک به قطب آهن ربا در مقابل نام و قطب دور نیز به همین نام خواهد بود. جاذبه بین قطب آهنربا و قطب مخالف ناشی از آن در نوار و توضیح عملکرد آهنربا. برخی از مواد (مانند فولاد) خود پس از نزدیک شدن به آهنربای دائمی یا الکترومغناطیس به آهنربای دائمی ضعیف تبدیل می شوند. یک میله فولادی را می توان به سادگی با کشیدن انتهای آهنربای دائمی میله در امتداد انتهای آن ، مغناطیس کرد.

بنابراین ، آهن ربا سایر آهنرباها و اجسام ساخته شده از مواد مغناطیسی را بدون تماس با آنها جذب می کند. این عمل در فاصله با وجود میدان مغناطیسی در فضای اطراف آهنربا توضیح داده می شود. ایده ای از شدت و جهت این میدان مغناطیسی را می توان با پاشیدن براده های آهنی روی یک ورق مقوا یا شیشه ای که روی آهنربا قرار گرفته است بدست آورد. خاک اره به صورت زنجیره ای در جهت میدان قرار می گیرد و تراکم خطوط خاک اره با شدت این میدان مطابقت دارد. (ضخیم ترین آنها در انتهای آهنربا ، جایی که میدان مغناطیسی قوی ترین است) هستند.

M. فارادی (1791-1867) مفهوم خطوط القایی بسته برای آهن ربا را معرفی کرد. خطوط القایی از آهن ربا در قطب شمال خود وارد فضای اطراف می شوند ، در قطب جنوب وارد آهنربا می شوند و از طریق قطب جنوب از قطب جنوب به شمال عبور می کنند و یک حلقه بسته را تشکیل می دهند. مجموع خطوط القایی که از آهنربا خارج می شوند شار مغناطیسی نامیده می شود. چگالی شار مغناطیسی یا القای مغناطیسی ( V) ، برابر با تعداد خطوط القایی است که در امتداد نرمال از یک ناحیه ابتدایی به اندازه واحد عبور می کنند.

القای مغناطیسی تعیین کننده نیرویی است که میدان مغناطیسی با آن بر رسانای جریانی که در آن قرار دارد عمل می کند. اگر هادی که جریان از طریق آن جریان می یابد من، عمود بر خطوط استقراء قرار دارد ، سپس ، طبق قانون آمپر ، نیرو افعمل بر روی هادی عمود بر میدان و هادی است و متناسب با القای مغناطیسی ، قدرت جریان و طول هادی است. بنابراین ، برای القای مغناطیسی بمی توانید یک عبارت بنویسید

جایی که اف- نیروی در نیوتن ، من- جریان در آمپر ، ل- طول بر حسب متر واحد اندازه گیری القای مغناطیسی تسلا (T) است.

گالوانومتر

گالوانومتر یک ابزار حساس برای اندازه گیری جریانهای ضعیف است. گالوانومتر از گشتاور ایجاد شده توسط برهم کنش آهنربای دائمی نعل اسبی با سیم پیچ کوچک حامل جریان (الکترومغناطیس ضعیف) معلق در شکاف بین قطب های آهن ربا استفاده می کند. گشتاور و در نتیجه انحراف سیم پیچ متناسب با جریان و القای مغناطیسی کل در فاصله هوا است ، به طوری که مقیاس دستگاه با انحرافات کوچک سیم پیچ تقریباً خطی است.

نیروی مغناطیسی و قدرت میدان مغناطیسی.

در مرحله بعد ، باید مقدار دیگری را معرفی کنید که مشخص کننده اثر مغناطیسی جریان الکتریکی است. فرض کنید جریانی از سیم یک سیم پیچ بلند که حاوی مواد مغناطیسی است عبور می کند. نیروی مغناطیسی حاصل جریان الکتریکی در سیم پیچ بر اساس تعداد دورهای آن است (این نیرو بر حسب آمپر اندازه گیری می شود ، زیرا تعداد دورها یک کمیت بدون بعد است). قدرت میدان مغناطیسی حبرابر با نیروی مغناطیسی در واحد طول سیم پیچ. بنابراین ، مقدار حاندازه گیری آمپر در متر ؛ این میزان مغناطش به دست آمده توسط مواد داخل سیم پیچ را تعیین می کند.

در خلاء ، القای مغناطیسی بمتناسب با قدرت میدان مغناطیسی ح:

جایی که متر 0 - به اصطلاح ثابت مغناطیسی دارای ارزش جهانی 4 پ H 10 -7 H / m در بسیاری از مواد ، ارزش بتقریبا متناسب ح... با این حال ، در مواد فرومغناطیس ، نسبت بین بو حکمی پیچیده تر (که در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت).

در شکل 1 یک الکترومغناطیس ساده برای گرفتن بارها نشان می دهد. منبع انرژی است باتری انباشتهجریان مستقیم. شکل همچنین خطوط نیروی میدان الکترومغناطیس را نشان می دهد که با روش معمول براده های آهن قابل تشخیص است.

الکترومغناطیس های بزرگ با هسته های آهنی و تعداد دور بسیار زیاد آمپر که در حالت پیوسته کار می کنند ، دارای نیروی مغناطیسی زیادی هستند. آنها القایی مغناطیسی تا 6 T بین قطب ها ایجاد می کنند. این القاء تنها با تنش های مکانیکی ، گرم شدن سیم پیچ ها و اشباع مغناطیسی هسته محدود می شود. تعدادی الکترومغناطیس غول پیکر (بدون هسته) با خنک کننده آب و همچنین تاسیساتی برای ایجاد میدانهای مغناطیسی پالسی ، توسط PL Kapitsa (1894-1984) در کمبریج و در موسسه مشکلات فیزیکی آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی و F. Bitter (1902-1967) در موسسه فناوری ماساچوست. در چنین آهن رباهایی می توان به القاء تا 50 T رسید. در آزمایشگاه ملی لوسالاموس ، یک الکترومغناطیس نسبتاً کوچک ، تولید میدان تا 6.2 T ، مصرف 15 کیلووات توان الکتریکی و خنک شدن توسط هیدروژن مایع ، ایجاد کرد. چنین زمینه هایی در دمای انجماد به دست می آیند.

نفوذپذیری مغناطیسی و نقش آن در مغناطیس

نفوذپذیری مغناطیسی مترکمیتی است که ویژگی های مغناطیسی یک ماده را مشخص می کند. فلزات فرو مغناطیسی Fe ، Ni ، Co و آلیاژهای آنها حداکثر نفوذپذیری بسیار بالایی دارند - از 5000 (برای آهن) تا 800000 (برای سوپرآلیاژ). در چنین موادی با قدرت میدان نسبتاً کم حالقائات بزرگ رخ می دهد ب، اما به طور کلی رابطه بین این مقادیر به دلیل پدیده های اشباع و پسماند غیر خطی است که در زیر مورد بحث قرار می گیرد. مواد فرو مغناطیسی به شدت توسط آهن ربا جذب می شوند. آنها خواص مغناطیسی خود را در دماهای بالاتر از نقطه کوری (770 درجه سانتی گراد برای آهن ، 358 درجه سانتیگراد برای نیکل ، 1120 درجه سانتی گراد برای Co) از دست می دهند و مانند پارامغناطیس رفتار می کنند ، که برای آنها القاء بتا مقادیر کششی بسیار بالا حمتناسب با آن - دقیقاً به همان روشی که در خلا اتفاق می افتد. بسیاری از عناصر و ترکیبات در هر درجه حرارت پارامغناطیس هستند. مواد پارامغناطیسی با این واقعیت مشخص می شوند که در یک میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی می شوند. اگر این میدان خاموش باشد ، پارامغناطیس به حالت غیر مغناطیسی برمی گردد. مغناطیس در فرومغناطیس حتی پس از خاموش شدن میدان خارجی حفظ می شود.

در شکل 2 یک حلقه هیسترزیس معمولی برای یک ماده مغناطیسی سخت (با اتلاف زیاد) نشان می دهد. این ویژگی وابستگی مبهم مغناطش یک ماده مغناطیسی با شدت میدان مغناطیسی را مشخص می کند. با افزایش قدرت میدان مغناطیسی از نقطه اولیه (صفر) ( 1 ) مغناطیسی شدن در امتداد خط چین انجام می شود 1 –2 ، و مقدار متربا افزایش مغناطش نمونه افزایش می یابد. در نقطه 2 اشباع رسیده است ، یعنی با افزایش بیشتر تنش ، مغناطیس دیگر افزایش نمی یابد. اگر اکنون به تدریج مقدار را کاهش دهیم حبه صفر ، سپس منحنی ب(ح) دیگر مسیر قبلی را دنبال نمی کند ، بلکه از نقطه عبور می کند 3 ، "حافظه" مطالب مربوط به "تاریخ گذشته" را آشکار می کند ، از این رو نام "پسماندگی" را دارد. بدیهی است ، در این مورد ، مقداری مغناطش باقی مانده حفظ می شود (بخش 1 –3 ) پس از تغییر جهت میدان مغناطیسی به عکس ، منحنی V (ح) از نقطه عبور می کند 4 ، و بخش ( 1 )–(4 ) مربوط به نیروی قهری است که از مغناطیس زدایی جلوگیری می کند. رشد بیشتر ارزشها (- ح) منحنی پسماند را به ربع سوم - بخش می آورد 4 –5 ... کاهش بعدی ارزش (- ح) به صفر و سپس افزایش می یابد ارزشهای مثبت حمنجر به بسته شدن حلقه پسماند از طریق نقاط می شود 6 , 7 و 2 .

مواد سخت مغناطیسی با یک حلقه هیسترزیس وسیع که ناحیه وسیعی از نمودار را پوشش می دهد ، مشخص می شوند و بنابراین با مقادیر زیادی از مغناطش باقی مانده (القای مغناطیسی) و نیروی اجباری مطابقت دارند. یک حلقه باریک پسماند (شکل 3) مشخصه مغناطیسی است مواد نرم- مانند فولاد نرم و آلیاژهای خاص با نفوذپذیری مغناطیسی بالا. چنین آلیاژهایی با هدف کاهش اتلاف انرژی ناشی از پسماند ایجاد شد. اکثر این آلیاژهای خاص ، مانند فریت ها ، دارای مقاومت الکتریکی بالایی هستند که نه تنها تلفات مغناطیسی ، بلکه الکتریسیته ناشی از جریان های گردابی را نیز کاهش می دهد.

مواد مغناطیسی با نفوذپذیری بالا با بازپختی که در دمای حدود 1000 درجه سانتی گراد نگه داشته می شود ، تولید می شود و سپس خنک کننده (سرد شدن تدریجی) دمای اتاق... در عین حال ، عملیات مکانیکی و حرارتی اولیه و همچنین عدم وجود ناخالصی در نمونه بسیار مهم است. برای هسته های ترانسفورماتور در آغاز قرن 20. فولادهای سیلیکونی توسعه یافته اند ، اندازه مترکه با افزایش محتوای سیلیسیم افزایش یافت. بین سالهای 1915 تا 1920 ، پرمالی (آلیاژهای Ni-Fe) با یک حلقه هیسترزیس باریک و تقریبا مستطیلی مشخص ظاهر شد. به ویژه مقادیر بالای نفوذپذیری مغناطیسی متربا ارزشهای کوچک حآلیاژهای hypernik (50٪ Ni، 50٪ Fe) و mu-metal (75٪ Ni، 18٪ Fe، 5٪ Cu، 2٪ Cr) تفاوت دارند ، در حالی که در پرمینوار (45٪ Ni، 30٪ Fe، 25٪ Co ) ارزش مترعملاً در طیف گسترده ای از قدرت میدان ثابت است. در میان مواد مغناطیسی مدرن ، باید به سوپرمالا - آلیاژی با بیشترین نفوذپذیری مغناطیسی اشاره کرد (حاوی 79٪ Ni ، 15٪ Fe و 5٪ Mo).

نظریه های مغناطیس

برای اولین بار ، این ایده که پدیده های مغناطیسی در نهایت به الکتریسیته می رسند ، در آمپر در سال 1825 مطرح شد ، هنگامی که وی ایده جریان های داخلی بسته ای را که در هر اتم یک آهنربا گردش می کردند ، بیان کرد. با این حال ، بدون تأیید تجربی وجود چنین جریاناتی در ماده (الکترون توسط J. Thomson تنها در 1897 کشف شد و توضیحات ساختار اتم توسط رادرفورد و بور در 1913 ارائه شد) ، این نظریه "محو شد " در سال 1852 دبلیو وبر پیشنهاد کرد که هر اتم یک ماده مغناطیسی یک آهنربای کوچک یا یک دوقطبی مغناطیسی است ، به طوری که مغناطیس شدن کامل این ماده زمانی حاصل می شود که همه آهن رباهای اتمی به ترتیب مرتب شوند (شکل 4 ، ب) وبر معتقد بود که "اصطکاک" مولکولی یا اتمی به این آهنرباهای اولیه کمک می کند تا نظم خود را به رغم تأثیر مخرب ارتعاشات حرارتی حفظ کنند. نظریه وی قادر به مغناطیس سازی اجسام در تماس با آهن ربا و همچنین مغناطیس شدن آنها در هنگام برخورد یا گرم شدن بود. سرانجام ، "ضرب" آهن ربا هنگامی که یک سوزن مغناطیسی یا میله مغناطیسی به قطعه قطعه شد نیز توضیح داده شد. با این حال ، این نظریه نه منشا آهنرباهای اولیه ، و نه پدیده های اشباع و پسماند را توضیح نداده است. نظریه وبر در سال 1890 توسط J. Ewing تصحیح شد ، وی فرضیه اصطکاک اتمی خود را با ایده نیروهای محدود کننده بین اتمی که به حفظ نظم دوقطبی های اولیه که یک آهنربای دائمی را تشکیل می دهند ، جایگزین کرد.

رویکرد به مسئله ، زمانی که توسط آمپر پیشنهاد شد ، در سال 1905 ، هنگامی که P. Langevin رفتار مواد مغناطیسی را توضیح داد و به هر اتم یک جریان الکترونی بدون جبران داخلی نسبت داد ، زندگی دوم را انجام داد. به گفته لانگوین ، این جریانها هستند که آهنرباهای کوچکی را تشکیل می دهند ، به طور تصادفی جهت گیری می کنند ، در حالی که هیچ میدان خارجی وجود ندارد ، اما پس از اعمال یک جهت منظم به دست می آیند. در این مورد ، رویکرد سفارش کامل مطابق با اشباع مغناطیس است. علاوه بر این ، لانگوین مفهوم گشتاور مغناطیسی را ارائه کرد که برابر با آهنربای اتمی منفرد با حاصلضرب "بار مغناطیسی" یک قطب با فاصله بین قطب ها است. بنابراین ، مغناطیس ضعیف مواد پارامغناطیسی ناشی از کل گشتاور مغناطیسی ایجاد شده توسط جریانهای الکترونی جبران نشده است.

در سال 1907 P. Weiss مفهوم "دامنه" را معرفی کرد ، که سهم مهمی در نظریه مدرن مغناطیس شد. وایس قلمروهایی را در قالب "مستعمرات" کوچک اتم ها تصور می کند ، که در آن گشتاورهای مغناطیسی همه اتم ها ، بنا به دلایلی ، مجبورند جهت گیری یکسانی را حفظ کنند ، به طوری که هر دامنه تا حد اشباع مغناطیسی می شود. یک دامنه جداگانه می تواند ابعاد خطی 0.01 میلی متر و بر این اساس حجم سفارش 10-6 میلی متر 3 داشته باشد. دامنه ها توسط دیوارهای به اصطلاح بلوخ جدا می شوند که ضخامت آنها از 1000 بعد اتمی تجاوز نمی کند. "دیوار" و دو حوزه مخالف جهت گیری به صورت شماتیک در شکل نشان داده شده است. 5. چنین دیوارهایی "لایه های گذار" هستند که در آنها جهت مغناطیس دامنه تغییر می کند.

V مورد کلیسه بخش را می توان بر روی منحنی مغناطیسی اولیه متمایز کرد (شکل 6). در قسمت اولیه ، دیوار تحت تأثیر یک میدان خارجی از طریق ضخامت ماده حرکت می کند تا زمانی که با نقصی در شبکه کریستالی روبرو شود ، که آن را متوقف می کند. با افزایش قدرت میدان ، می توانید دیوار را مجبور به حرکت بیشتر ، از طریق بخش میانی بین خطوط تیز کنید. اگر قدرت میدان دوباره به صفر برسد ، دیوارها دیگر به موقعیت اولیه خود برنمی گردند ، به طوری که نمونه تا حدی مغناطیسی باقی می ماند. این امر پسماند آهنربا را توضیح می دهد. در انتهای منحنی ، فرآیند با اشباع مغناطیس شدن نمونه به دلیل ترتیب مغناطیس در آخرین حوزه های نامنظم به پایان می رسد. این روند تقریباً برگشت پذیر است. سختی مغناطیسی با موادی نشان داده می شود که در آنها شبکه اتمی دارای نقایص زیادی است که مانع حرکت دیوارهای بین حوزه ای می شود. این را می توان با عملیات مکانیکی و حرارتی ، به عنوان مثال با فشرده سازی و پخت بعدی مواد پودری به دست آورد. در آلیاژهای آلنیکو و آنالوگهای آنها ، با ترکیب فلزات در یک ساختار پیچیده ، نتیجه یکسانی حاصل می شود.

علاوه بر مواد پارامغناطیس و فرو مغناطیس ، موادی وجود دارند که به اصطلاح خواص ضد فرومغناطیس و فرو مغناطیس دارند. تفاوت بین این انواع مغناطیس در شکل نشان داده شده است. 7. بر اساس مفهوم حوزه ها ، پارامغناطیس را می توان پدیده ای دانست که ناشی از وجود گروه های کوچکی از دوقطبی های مغناطیسی در مواد است ، که در آن دوقطبی های فردی با یکدیگر بسیار ضعیف تعامل دارند (یا اصلاً برهم کنش ندارند) و بنابراین ، در غیاب میدان خارجی ، فقط جهت های تصادفی را فرض کنید (شکل 7 ، آ) در مواد فرو مغناطیسی ، با این حال ، در هر حوزه ، یک تعامل قوی بین دو قطبی ها وجود دارد که منجر به همترازی موازی آنها می شود (شکل 7 ، ب) در مقابل ، در مواد ضد فرومغناطیسی ، برهم کنش بین دوقطبی های جداگانه منجر به هم ترازی منظم آنها می شود ، به طوری که کل گشتاور مغناطیسی هر حوزه صفر است (شکل 7 ، v) در نهایت ، در مواد فرو مغناطیسی (به عنوان مثال ، فریت ها) ، ترتیب موازی و ضد موازی وجود دارد (شکل 7 ، G) ، که منجر به مغناطیس ضعیف می شود.

دو تأیید تجربی قانع کننده از وجود دامنه ها وجود دارد. اولین آنها به اصطلاح اثر بارخازن است ، دومی روش شکل های پودری است. در سال 1919 ، G. Barkhausen تأیید کرد که وقتی یک میدان خارجی روی نمونه ای از یک ماده فرومغناطیس اعمال می شود ، مغناطش آن در قسمتهای کوچک گسسته تغییر می کند. از نظر نظریه حوزه ، این چیزی نیست جز پیشرفت ناگهانی دیوار بین حوزه ای ، که با نقایص فردی روبرو می شود که آن را در راه خود به تأخیر می اندازد. این اثر معمولاً با سیم پیچ که میله یا سیم فرومغناطیس در آن قرار می گیرد ، تشخیص داده می شود. اگر یک آهنربای قوی به طور متناوب به نمونه آورده و از نمونه خارج شود ، نمونه مغناطیسی و مغناطیس مجدد می شود. تغییرات ناگهانی در مغناطش نمونه باعث تغییر شار مغناطیسی از طریق سیم پیچ می شود و جریان القایی در آن برانگیخته می شود. ولتاژ تولید شده در این سیم پیچ تقویت شده و به ورودی یک جفت هدفون آکوستیک تغذیه می شود. کلیک هایی که از طریق هدفون شنیده می شود نشان دهنده تغییر ناگهانی در آهنربایی است.

برای آشکارسازی ساختار دامنه آهنربا با استفاده از شکل های پودری ، یک قطره از سوسپانسیون کلوئیدی یک پودر فرومغناطیس (معمولاً Fe 3 O 4) بر روی سطح صیقل داده شده از یک ماده مغناطیسی اعمال می شود. ذرات پودر عمدتا در مکانهای حداکثر ناهمگن میدان مغناطیسی - در مرزهای حوزه ها ذخیره می شوند. این ساختار را می توان در زیر میکروسکوپ مورد مطالعه قرار داد. روشی نیز بر اساس انتقال نور قطبی از طریق یک ماده فرومغناطیس شفاف پیشنهاد شد.

نظریه اصلی وایس در مورد مغناطیس در ویژگی های اصلی آن تا به امروز اهمیت خود را حفظ کرده است ، اما تفسیری به روز شده بر اساس مفهوم چرخش الکترون های جبران نشده به عنوان عامل تعیین کننده مغناطیس اتمی دریافت کرده است. فرضیه وجود یک لحظه ذاتی الکترون در سال 1926 توسط S. Goudsmit و J. Uhlenbeck مطرح شد و در حال حاضر الکترونها به عنوان حامل های چرخش هستند که به عنوان "آهنرباهای اولیه" در نظر گرفته می شوند.

برای روشن شدن این مفهوم ، (شکل 8) یک اتم آهن آزاد - یک ماده فرومغناطیس معمولی را در نظر بگیرید. دو پوسته آن ( کو ال) ، نزدیکترین به هسته ، با الکترون پر شده است ، و اولین آنها شامل دو و دوم - هشت الکترون است. V کپوسته ، چرخش یکی از الکترون ها مثبت است ، و دیگری منفی است. V الپوسته (به طور دقیق تر ، در دو پوسته فرعی آن) ، چهار از هشت الکترون دارای اسپین مثبت و چهار الکترون دیگر دارای اسپین منفی هستند. در هر دو حالت ، چرخش الکترون ها در یک پوسته به طور کامل جبران می شود ، به طوری که کل گشتاور مغناطیسی صفر است. V مپوسته ، وضعیت متفاوت است ، زیرا از شش الکترون موجود در زیر پوسته سوم ، پنج الکترون دارای چرخش در یک جهت و تنها ششمین در جهت دیگر است. در نتیجه ، چهار چرخش جبران نشده باقی می ماند ، که ویژگی های مغناطیسی اتم آهن را تعیین می کند. (در خارج Nپوسته ، فقط دو الکترون ظرفیتی وجود دارد که در مغناطیس اتم آهن نقش ندارند.) مغناطیس دیگر فرومغناطیس ها ، مانند نیکل و کبالت ، به روشی مشابه توضیح داده شده است. از آنجایی که اتم های همسایه در نمونه آهن به شدت با یکدیگر در تعامل هستند و الکترون های آنها تا حدی جمع آوری شده است ، چنین توضیحی را باید فقط به عنوان نمودار تشریحی ، اما بسیار ساده از وضعیت واقعی در نظر گرفت.

نظریه مغناطیس اتمی ، بر اساس در نظر گرفتن چرخش الکترون ، توسط دو آزمایش ژیرومغناطیس جالب پشتیبانی می شود ، یکی از آنها توسط A. Einstein و W. de Haas و دیگری توسط S. Barnett انجام شده است. در اولین آزمایش ، یک استوانه ساخته شده از مواد فرومغناطیس همانطور که در شکل نشان داده شده است ، معلق شد. 9. اگر جریانی از سیم سیم پیچ عبور کند ، سیلندر حول محور خود می چرخد. هنگامی که جهت جریان (و بنابراین میدان مغناطیسی) تغییر می کند ، در جهت مخالف می چرخد. در هر دو حالت ، چرخش استوانه به دلیل ترتیب چرخش الکترون است. در آزمایش بارنت ، برعکس ، یک استوانه معلق ، که به شدت در حال چرخش است ، در غیاب میدان مغناطیسی مغناطیس می شود. این تأثیر با این واقعیت توضیح داده می شود که هنگام چرخش آهنربا ، یک لحظه ژیروسکوپی ایجاد می شود ، که تمایل دارد گشتاورهای چرخش را در جهت محور چرخش خود بچرخاند.

برای توضیح کاملتر درباره ماهیت و منشأ نیروهای کوتاه برد که آهن رباهای اتمی را نظم می دهند و با اثرات نامنظم حرکت حرارتی مقابله می کنند ، باید به مکانیک کوانتومی روی آورد. توضیح کوانتوم مکانیکی در مورد ماهیت این نیروها در سال 1928 توسط W. Heisenberg ارائه شد ، که وجود تعاملات مبادله ای بین اتم های همسایه را فرض کرد. بعداً ، G. Bethe و J. Slater نشان دادند که نیروهای تبادل با کاهش فاصله بین اتم ها به میزان قابل توجهی افزایش می یابد ، اما پس از رسیدن به حداقل فاصله بین اتمی ، آنها به صفر می رسند.

خواص مغناطیسی ماده

یکی از اولین مطالعات گسترده و سیستماتیک در مورد خواص مغناطیسی ماده توسط P. Curie انجام شد. او دریافت که بر اساس خواص مغناطیسی ، همه مواد را می توان به سه دسته تقسیم کرد. اولین مورد شامل موادی با خواص مغناطیسی مشخص ، مشابه آهن است. چنین موادی فرومغناطیس نامیده می شود. میدان مغناطیسی آنها در فواصل قابل توجه قابل توجه است ( سانتی متر. در بالا) طبقه دوم شامل موادی به نام پارامغناطیس است. خواص مغناطیسی آنها به طور کلی شبیه به مواد فرومغناطیس است ، اما بسیار ضعیف تر است. به عنوان مثال ، نیروی جذب به قطب ها الکترومغناطیس قویمی تواند چکش آهنی را از دست شما بگیرد و به منظور تشخیص جاذبه یک ماده پارامغناطیس به همان آهن ربا ، به طور معمول ، به یک تعادل تحلیلی بسیار حساس نیاز است. آخرین و سومین طبقه شامل مواد موسوم به دیامغناطیس است. آنها توسط یک آهنربای الکتریکی دفع می شوند ، یعنی نیروی وارد بر دیامغناطیس برعکس نیرویی است که بر فروآهن و پارامغناطیس اعمال می کند.

اندازه گیری خواص مغناطیسی

در مطالعه خواص مغناطیسی ، اندازه گیری دو نوع مهم ترین است. اولین مورد اندازه گیری نیروی وارد بر نمونه در نزدیک آهنربا است. به این ترتیب مغناطش نمونه تعیین می شود. مورد دوم شامل اندازه گیری فرکانس های "تشدید" مرتبط با مغناطیس شدن یک ماده است. اتمها "ژیروسکوپ" کوچکی هستند و در یک میدان مغناطیسی (با یک فرکانس قابل اندازه گیری) مانند یک قله معمولی تحت تأثیر گشتاور ایجاد شده توسط گرانش ، پیش می روند. علاوه بر این ، نیرویی بر ذرات باردار آزاد که در زاویه راست به خطوط القایی مغناطیسی حرکت می کنند و همچنین بر جریان الکترون در یک رسانا ، عمل می کند. باعث حرکت ذره در مداری دایره ای می شود که شعاع آن با بیان مشخص می شود

ر = mv/eB,

جایی که متر- جرم ذرات ، v- سرعت آن ، هآیا شارژ آن است ، و ب- القای مغناطیسی میدان. فرکانس چنین حرکت دایره ای است

جایی که fاندازه گیری شده با هرتز ، ه- در آویز ، متر- در کیلوگرم ، ب- در تسلا این فرکانس حرکت ذرات باردار در یک ماده در میدان مغناطیسی را مشخص می کند. هر دو نوع حرکت (پیشروی و حرکت در مدارهای دایره ای) را می توان با میدانهای متناوب با فرکانسهای تشدید برابر با فرکانسهای "طبیعی" مشخصه یک ماده مشخص تحریک کرد. در حالت اول ، طنین مغناطیسی و در حالت دوم سیکلوترون نامیده می شود (به دلیل شباهت با حرکت چرخه ای ذره زیر اتمی در سیکلوترون).

در مورد خواص مغناطیسی اتم ها ، لازم است توجه ویژه ای به حرکت زاویه ای آنها داشته باشیم. میدان مغناطیسی روی دوقطبی اتمی دوار عمل می کند و سعی می کند آن را بچرخاند و آن را موازی میدان قرار دهد. در عوض ، اتم شروع به پیشروی در جهت میدان (شکل 10) با فرکانسی می کند که به گشتاور دوقطبی و قدرت میدان اعمال شده بستگی دارد.

پیشرفت اتمی به طور مستقیم قابل مشاهده نیست ، زیرا همه اتمهای نمونه قبلی در مرحله ای متفاوت قرار دارند. اگر از یک میدان متناوب کوچک که عمود بر میدان مرتب سازی ثابت است استفاده کنیم ، یک رابطه فاز مشخص بین اتم های پیش ساز برقرار می شود و مجموع گشتاور مغناطیسی آنها با فرکانسی برابر با فرکانس پیش فرض گشتاورهای مغناطیسی منفرد شروع می کند. سرعت زاویه ای پیش درآمد از اهمیت بالایی برخوردار است. به عنوان یک قاعده ، این مقدار از مقدار 10 10 هرتز / T برای مغناطش مرتبط با الکترونها و از مرتبه 10 7 Hz / T برای مغناطیس شدن همراه با بارهای مثبت در هسته اتمها است.

نمودار شماتیک یک مرکز برای مشاهده رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) در شکل نشان داده شده است. 11. ماده مورد مطالعه در یک میدان ثابت یکنواخت بین قطب ها وارد می شود. اگر در آن صورت ، با کمک یک سیم پیچ کوچک که لوله آزمایش را می پوشاند ، یک میدان فرکانس رادیویی برانگیخته شود ، می توان با یک فرکانس معین برابر فرکانس برتری همه "ژیروسکوپ" های هسته ای در نمونه ، رزونانس به دست آورد. اندازه گیری ها شبیه به تنظیم گیرنده رادیویی با فرکانس یک ایستگاه خاص است.

روش های رزونانس مغناطیسی امکان بررسی نه تنها خواص مغناطیسی اتم ها و هسته های خاص ، بلکه خواص محیط آنها را نیز ممکن می سازد. نکته این است که میدانهای مغناطیسی در جامدات و مولکولها ناهمگن هستند ، زیرا آنها توسط بارهای اتمی مخدوش می شوند و جزئیات منحنی رزونانس تجربی توسط میدان محلی در منطقه ای که هسته پیش ساز در آن قرار دارد تعیین می شود. این امر امکان مطالعه ویژگی های ساختاری یک نمونه خاص با روش های رزونانس را ممکن می سازد.

محاسبه خواص مغناطیسی

القای مغناطیسی میدان زمین 0.5 10 10-4 T است ، در حالی که میدان بین قطبهای یک آهنربای قوی حدود 2 T و بیشتر است.

میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط هرگونه پیکربندی جریانها را می توان با استفاده از فرمول Biot-Savart-Laplace برای القای مغناطیسی میدان ایجاد شده توسط عنصر فعلی محاسبه کرد. محاسبه میدان ایجاد شده توسط خطوط با اشکال مختلف و سیم پیچ های استوانه ای در بسیاری از موارد بسیار پیچیده است. در زیر فرمول هایی برای تعدادی مورد ساده آورده شده است. القای مغناطیسی (در تسلا) میدان ایجاد شده توسط یک سیم مستقیم بلند با جریان من

میدان یک میله آهن مغناطیسی شبیه میدان خارجی یک شیر برقی طولانی با تعداد دور آمپر در واحد طول مربوط به جریان اتمها در سطح میله مغناطیسی است ، زیرا جریانهای داخل میله متقابلاً جبران می شوند (شکل 12). با نام آمپر ، چنین جریان سطحی آمپر نامیده می شود. قدرت میدان مغناطیسی ح الفایجاد شده توسط جریان آمپر برابر است با گشتاور مغناطیسی در واحد حجم میله م.

اگر یک میله آهنی به شیر برقی وارد شود ، علاوه بر این که جریان برقی یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند ح، ترتیب دوقطبی های اتمی در مواد مغناطیسی شده میله باعث ایجاد مغناطیس می شود م... در این حالت ، کل شار مغناطیسی با مجموع جریانهای واقعی و آمپر تعیین می شود ، به طوری که ب = متر 0(ح + ح الف)، یا ب = متر 0(H + M) نگرش م/حتماس گرفت حساسیت مغناطیسی و با حرف یونانی مشخص می شود ج; جیک کمیت بدون بعد است که توانایی یک ماده را برای مغناطیس شدن در میدان مغناطیسی مشخص می کند.

کمیت ب/حمشخصه خواص مغناطیسی مواد نفوذپذیری مغناطیسی نامیده می شود و با آن مشخص می شود m a، و m a = متر 0متر، جایی که m a- مطلق ، و متر- نفوذپذیری نسبی،

در مواد فرومغناطیس ، مقدار جمی تواند مقادیر بسیار بزرگی داشته باشد- تا 10 4 ё 10 6. کمیت جمواد پارامغناطیس کمی بیشتر از صفر و مواد دی مغناطیس کمی کمتر است. فقط در خلاء و در زمینه های بسیار ضعیف از نظر قدر جو مترثابت هستند و به میدان خارجی وابسته نیستند. وابستگی القایی باز جانب حمعمولاً غیر خطی است و نمودارهای آن ، به اصطلاح. منحنی های مغناطیسی برای مواد مختلف و حتی در دماهای مختلف می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد (نمونه هایی از چنین منحنی هایی در شکل 2 و 3 نشان داده شده است).

خواص مغناطیسی ماده بسیار پیچیده است و درک عمیق آنها مستلزم تجزیه و تحلیل کامل ساختار اتمها ، فعل و انفعالات آنها در مولکولها ، برخورد آنها در گازها و تأثیر متقابل آنها در جامدات و مایعات است. خواص مغناطیسی مایعات هنوز کمترین مطالعه شده است.

همه آهن ربا را در دست داشتند و در دوران کودکی خود را با آن سرگرم می کردند. آهن ربا می تواند از نظر شکل ، اندازه بسیار متفاوت باشد ، اما همه آهن ربا دارای ویژگی مشترک هستند - آهن را جذب می کنند. به نظر می رسد که آنها خودشان از آهن ، در هر صورت ، مطمئناً از نوعی فلز ساخته شده اند. با این وجود ، و "آهنرباهای سیاه" یا "سنگ" ، آنها نیز غدد و به ویژه یکدیگر را به شدت جذب می کنند.

اما آنها شبیه فلز نیستند ، به راحتی مانند شیشه می شکنند. در خانه آهن ربا چیزهای مفید زیادی وجود دارد ، به عنوان مثال ، استفاده از آنها برای "سنجاق" ورق های کاغذی برای اتو کردن سطوح مناسب است. استفاده از آهنربا برای جمع آوری سوزن های از دست رفته راحت است ، بنابراین ، همانطور که می بینیم ، این یک چیز کاملاً مفید است.

Science 2.0 - جهش بزرگ به جلو - آهن ربا

آهن ربا در گذشته

حتی چینی های باستان بیش از 2000 سال پیش در مورد آهن ربا می دانستند ، حداقل می توان از این پدیده برای انتخاب جهت هنگام سفر استفاده کرد. یعنی آنها قطب نما را ارائه کردند. فیلسوفان در یونان باستان، مردم کنجکاو هستند ، انواع مختلف را جمع آوری می کنند حقایق شگفت انگیزبرخورد با آهن ربا در مجاورت شهر مگنس در آسیای صغیر. در آنجا سنگهای عجیبی پیدا کردند که می توانست آهن را به خود جذب کند. برای آن زمانها ، این چیزی کمتر از آن چیزی نبود که بیگانگان در زمان ما تبدیل شوند.

حتی بیشتر شگفت آور به نظر می رسید که آهن ربا همه فلزات را جذب نمی کند ، بلکه فقط آهن را جذب می کند و آهن به خودی خود می تواند آهن ربا شود ، هر چند نه چندان قوی. می توانیم بگوییم که آهن ربا نه تنها آهن ، بلکه کنجکاوی دانشمندان را نیز به خود جلب کرده است ، و چنین علمی را به عنوان فیزیک به شدت پیش برد. تالس میلتوس در مقاله "در مورد ماهیت اشیاء" در مورد "روح یک آهنربا" و تیتوس لوکرتیوس کار رومی - در مورد "حرکت وحشیانه براده ها و حلقه های آهن" نوشت. او قبلاً متوجه وجود دو قطب روی آهنربا شده بود ، که بعداً ، هنگامی که ملوانان شروع به استفاده از قطب نما کردند ، به افتخار نقاط اصلی نامگذاری شدند.

آهن ربا چیست؟ به زبان ساده... یک میدان مغناطیسی

آنها آهن ربا را جدی گرفتند

برای مدت طولانی آنها نمی توانستند ماهیت آهن ربا را توضیح دهند. با کمک آهن ربا ، قاره های جدیدی کشف شد (دریانوردان هنوز به قطب نما احترام زیادی می گذارند) ، اما هیچ کس در مورد ماهیت مغناطیس چیزی نمی دانست. کار فقط برای بهبود قطب نما انجام شد ، که توسط جغرافیدان و ناوبر کریستف کلمب نیز انجام شد.

در سال 1820 ، دانشمند دانمارکی هانس کریستین اورستد به یک کشف بزرگ دست یافت. او عملکرد یک سیم با جریان الکتریکی را بر روی یک سوزن مغناطیسی ایجاد کرد و به عنوان یک دانشمند ، با آزمایشات متوجه شد که چگونه این اتفاق می افتد شرایط مختلف... در همان سال ، هنری آمپر ، فیزیکدان فرانسوی ، فرضیه ای در مورد جریانهای دایره ای اولیه در مولکولهای یک ماده مغناطیسی ارائه کرد. در سال 1831 ، مایکل فارادی انگلیسی ، با استفاده از سیم پیچ سیم عایق و آهن ربا ، آزمایش هایی را انجام داد که نشان می داد کار مکانیکی را می توان به جریان الکتریکی تبدیل کرد. او همچنین قانون القای الکترومغناطیسی را ایجاد کرده و مفهوم "میدان مغناطیسی" را معرفی می کند.

قانون فارادی یک قاعده را تعیین می کند: برای یک حلقه بسته ، نیروی الکتروموتور برابر با سرعت تغییر شار مغناطیسی است که از این حلقه عبور می کند. تمام ماشین های الکتریکی بر این اصل کار می کنند - ژنراتورها ، موتورهای الکتریکی ، ترانسفورماتور.

در سال 1873 ، جیمز کی مکسول ، دانشمند اسکاتلندی ، پدیده های مغناطیسی و الکتریکی را در یک نظریه ، یعنی الکترودینامیک کلاسیک ، گرد آورد.

به موادی که قابلیت مغناطیس شدن دارند فرومغناطیس می گویند. این نام آهن ربا را با آهن متصل می کند ، اما علاوه بر آن ، قابلیت مغناطیس شدن نیز در نیکل ، کبالت و برخی فلزات دیگر یافت می شود. از آنجا که میدان مغناطیسی قبلاً به حوزه کاربرد عملی تبدیل شده است ، مواد مغناطیسی مورد توجه بسیاری قرار گرفته است.

آزمایشات با آلیاژهای فلزات مغناطیسی و مواد افزودنی مختلف در آنها آغاز شد. مصالح بدست آمده بسیار گران بود و اگر ورنر زیمنس این ایده را نداشت که آهن ربا را با فولادی مغناطیسی شده با جریان نسبتاً کوچک جایگزین کند ، جهان هرگز تراموای برقی و زیمنس را نمی دید. زیمنس هنوز در تجارت تلگراف فعالیت می کرد ، اما در اینجا رقبای زیادی داشت و تراموا برقی پول زیادی به این شرکت داد و درنهایت همه چیز را با خود کشید.

القای الکترومغناطیسی

مقادیر اصلی مرتبط با آهن ربا در فناوری

ما عمدتاً به آهن ربا علاقه مند خواهیم بود ، یعنی فرومغناطیس ، و بقیه را کمی کنار بگذاریم ، یک منطقه بسیار وسیع از پدیده های مغناطیسی (بهتر است بگویم الکترومغناطیسی ، به یاد ماکسول). واحدهای اندازه گیری واحدهایی هستند که در SI (کیلوگرم ، متر ، دوم ، آمپر) و مشتقات آنها پذیرفته می شوند:

ل قدرت میدان، H ، A / m (آمپر در متر).

این مقدار قدرت میدان بین رساناهای موازی را مشخص می کند ، فاصله بین آنها 1 متر است و جریان عبوری از آنها 1 A. استحکام میدان یک مقدار بردار است.

ل القای مغناطیسی، B ، تسلا ، چگالی شار مغناطیسی (وبر / متر مربع)

این نسبت جریان از طریق رسانا به محیط است ، در شعاعی که ما در آن به اندازه القا علاقه داریم. دایره در صفحه ای قرار دارد که سیم عمود بر آن عبور می کند. این شامل عاملی به نام نفوذپذیری نیز می شود. این مقدار بردار است. اگر از نظر ذهنی به انتهای سیم نگاه کنید و فرض کنید که جریان در جهت دور از ما جریان دارد ، آنگاه دایره های نیروی مغناطیسی در جهت عقربه های ساعت "می چرخند" و بردار القایی به خط مماس اعمال می شود و در جهت با آنها منطبق است.

ل نفوذپذیری مغناطیسی، μ (مقدار نسبی)

اگر نفوذپذیری مغناطیسی خلا را 1 در نظر بگیریم ، برای بقیه مواد مقادیر مربوطه را بدست می آوریم. به عنوان مثال ، برای هوا مقداری دریافت می کنیم که عملاً برابر خلاء است. برای آهن ، مقادیر بسیار بزرگتری به دست می آوریم ، به طوری که می توانیم به صورت تصویری (و کاملا دقیق) بگوییم که آهن خطوط مغناطیسی نیرو را "به داخل" می کشاند. اگر قدرت میدان در یک سیم پیچ بدون هسته برابر H باشد ، پس با یک هسته ما μH را بدست می آوریم.

ل نیروی اجبار، صبح.

نیروی قهری اندازه گیری می کند که یک ماده مغناطیسی چقدر در برابر مغناطیس زدایی و برگشت مغناطیسی مقاومت می کند. اگر جریان در سیم پیچ به طور کامل حذف شود ، القای باقیمانده در هسته وجود خواهد داشت. برای مساوی شدن آن با صفر ، باید یک میدان با شدت زیاد ایجاد کنید ، اما معکوس ، یعنی اجازه دهید جریان در جهت مخالف حرکت کند. این تنش را نیروی قهری می نامند.

از آنجا که آهنرباها در عمل همیشه در نوعی ارتباط با برق مورد استفاده قرار می گیرند ، نباید تعجب آور باشد که از یک مقدار الکتریکی مانند آمپر برای توصیف خواص آنها استفاده می شود.

با توجه به آنچه گفته شد ، ممکن است ، به عنوان مثال ، یک میخ ، که توسط آهن ربا تحت تأثیر قرار گرفته است ، خود آهن ربا شود ، هرچند ضعیف تر. در عمل ، معلوم می شود که حتی کودکانی که با آهن ربا بازی می کنند از این موضوع آگاه هستند.

بسته به اینکه این مواد کجا می روند ، نیازهای متفاوتی برای آهن ربا وجود دارد. مواد فرومغناطیس به دو دسته "نرم" و "سخت" طبقه بندی می شوند. اولین مورد به ساخت هسته هایی برای دستگاه هایی می رسد که شار مغناطیسی ثابت یا متغیر است. شما نمی توانید یک آهنربای مستقل خوب از مواد نرم بسازید. آنها خیلی راحت مغناطیس می شوند و در اینجا این خاصیت ارزشمند آنها است ، زیرا اگر جریان خاموش باشد ، رله باید "آزاد شود" و موتور الکتریکی نباید گرم شود - انرژی اضافی صرف معکوس شدن مغناطیسی می شود ، که به شکل آزاد می شود. از گرما

یک میدان مغناطیسی واقعاً چگونه است؟ ایگور بلتسکی

آهنرباهای دائمی ، یعنی آنهایی که آهنرباها نامیده می شوند ، برای ساخت آنها به مواد سفت و سخت نیاز دارند. استحکام به معنای مغناطیسی است ، یعنی یک استقراء باقیمانده بزرگ و یک نیروی قهری بزرگ ، زیرا همانطور که دیدیم این مقادیر با هم ارتباط نزدیکی دارند. این آهن ربا برای فولادهای کربن ، تنگستن ، کروم و کبالت استفاده می شود. نیروی قهری آنها به مقادیری در حدود 6500 A / m می رسد.

آلیاژهای خاصی به نام alni ، alnisi ، alnico و بسیاری دیگر وجود دارد ، همانطور که حدس می زنید آلومینیوم ، نیکل ، سیلیکون ، کبالت در ترکیبات مختلف که دارای نیروی قهری بیشتری هستند - تا 20000 ... 60،000 A / m2. چنین آهن ربایی به آسانی پاره نمی شود.

آهنرباهایی وجود دارند که به طور خاص برای کار در فرکانس های بالاتر طراحی شده اند. این یک "آهنربای گرد" معروف است. این صدا از بلندگوی غیرقابل استفاده از بلندگوی مرکز موسیقی یا رادیوی ماشین یا حتی تلویزیون گذشته "استخراج" شده است. این آهنربا با پخت اکسیدهای آهن و افزودنیهای مخصوص ساخته می شود. این ماده فریت نامیده می شود ، اما هر فریت به طور خاص به این روش مغناطیس نمی شود. و در بلندگوها به دلایل کاهش تلفات بیهوده استفاده می شود.

آهن ربا کشف. چگونه کار می کند؟

داخل آهن ربا چه می گذرد؟

با توجه به اینکه اتم های یک ماده نوعی "دسته" از الکتریسیته هستند ، می توانند میدان مغناطیسی خود را ایجاد کنند ، اما فقط در برخی فلزات که دارای مشابه هستند ساختار اتمی، این توانایی بسیار قوی است. آهن ، کبالت و نیکل در سیستم تناوبی مندلیف در کنار هم قرار دارند و ساختارهای مشابهی از پوسته های الکترونی دارند که اتم های این عناصر را به آهنرباهای میکروسکوپی تبدیل می کند.

از آنجا که فلزات را می توان مخلوطی جامد از بلورهای مختلف با اندازه بسیار کوچک نامید ، واضح است که چنین آلیاژهایی می توانند خواص مغناطیسی زیادی داشته باشند. بسیاری از گروه های اتم می توانند آهنرباهای خود را تحت تأثیر همسایگان و میدان های خارجی "باز کنند". چنین "اجتماعات" حوزه های مغناطیسی نامیده می شوند و ساختارهای بسیار عجیبی را تشکیل می دهند که هنوز مورد توجه فیزیکدانان قرار دارد. این از اهمیت عملی زیادی برخوردار است.

همانطور که قبلاً ذکر شد ، اندازه آهنرباها می تواند تقریباً اتمی باشد کوچکترین اندازهمحدوده مغناطیسی با اندازه بلوری که اتم های فلز مغناطیسی در آن تعبیه شده اند محدود می شود. به عنوان مثال ، این تراکم ضبط تقریبا فوق العاده بر روی هارد دیسک های رایانه ای مدرن را توضیح می دهد ، که ظاهراً تا زمانی که دیسک ها رقبای جدی تری نداشته باشند ، به رشد خود ادامه می دهد.

گرانش ، مغناطیس و الکتریسیته

آهن ربا در کجا استفاده می شود؟

هسته های آنها آهنرباهای ساخته شده از آهن ربا هستند ، اگرچه معمولاً به آنها هسته ساده می گویند ، اما آهنرباها کاربردهای بیشتری دارند. آهنرباهای لوازم التحریر ، آهنرباهای محکم درب مبلمان ، آهنرباهای شطرنج مسافرتی وجود دارد. این آهن ربا برای همه شناخته شده است.

انواع نادرتر شامل آهنرباهای شتاب دهنده ذرات هستند ، اینها ساختارهای بسیار چشمگیری هستند که می توانند ده ها تن یا بیشتر وزن داشته باشند. اگرچه در حال حاضر فیزیک تجربی پر از چمن است ، به استثنای قسمتی که بلافاصله سودهای زیادی را به بازار می آورد و خود تقریباً هیچ هزینه ای ندارد.

آهن ربای عجیب دیگری در یک دستگاه پزشکی شیک به نام تصویربردار رزونانس مغناطیسی نصب شده است. (در واقع ، این روش NMR ، رزونانس مغناطیسی هسته ای نامیده می شود ، اما به منظور ترساندن افرادی که عموماً از نظر فیزیک قوی نیستند ، نامیده می شود.) این دستگاه نیاز به قرار دادن جسم مشاهده شده (بیمار) در یک میدان مغناطیسی قوی دارد ، و آهنربای مربوطه دارای ابعاد ترسناک و شکل تابوت شیطان است.

فرد روی کاناپه گذاشته می شود و در تونلی در این آهنربا غلتیده می شود ، در حالی که سنسورها محل مورد نظر پزشکان را اسکن می کنند. به طور کلی ، اشکالی ندارد ، اما برای برخی ، کلاستروفوبیا به درجه وحشت می رسد. چنین افرادی با میل خود اجازه می دهند خود را زنده زنده بریده ، اما با آزمایش MRI موافقت نمی کنند. با این حال ، چه کسی می داند که شخص در یک میدان مغناطیسی غیرمعمول قوی با القاء تا 3 تسلا چه احساسی دارد ، پس از پرداخت پول خوب برای آن.

برای به دست آوردن چنین میدان قوی ، ابررسانایی اغلب با خنک کردن سیم پیچ آهنربا با هیدروژن مایع استفاده می شود. این امر باعث می شود بدون ترس "پمپاژ" میدان را انجام دهید زیرا گرم کردن سیم ها با جریان قوی ، قابلیت های آهنربا را محدود می کند. این به هیچ وجه راه اندازی ارزان نیست. اما آهنرباهای ساخته شده از آلیاژهای خاص ، که نیازی به تعصب فعلی ندارند ، بسیار گرانتر هستند.

زمین ما نیز یک آهن ربا بزرگ ، هر چند نه چندان قوی است. این نه تنها به صاحبان قطب نما مغناطیسی کمک می کند ، بلکه ما را از مرگ نجات می دهد. بدون آن ، ما توسط تابش خورشید کشته می شویم. تصویر میدان مغناطیسی زمین که توسط رایانه ها بر اساس مشاهدات فضا مدل شده است ، بسیار چشمگیر به نظر می رسد.

در اینجا یک پاسخ کوچک به این س ofال وجود دارد که آهن ربا در فیزیک و فناوری چیست.

4. استفاده از آهن ربا در زمینه های مختلف فعالیت جامعه مدرن

کاربرد اصلی آهنربا در مهندسی برق ، مهندسی رادیو ، ساخت ابزار ، اتوماسیون و تله مکانیک است. در اینجا مواد فرو مغناطیسی برای تولید مدارهای مغناطیسی ، رله ها و غیره استفاده می شود. ...

ژنراتورهای الکتریکی و موتورهای الکتریکی ماشین های دوار هستند که هر دو را تبدیل می کنند انرژی مکانیکیبه برق (ژنراتور) ، یا الکتریکی به مکانیک (موتور). عملکرد ژنراتورها بر اساس القای الکترومغناطیسی است: نیروی الکتروموتور (EMF) در سیم در حال حرکت در میدان مغناطیسی ایجاد می شود. عملکرد موتورهای الکتریکی بر این واقعیت استوار است که نیرویی روی سیم با جریانی که در میدان مغناطیسی عرضی قرار گرفته است عمل می کند.

دستگاه های مغناطیسی الکتریکی در چنین دستگاه هایی ، از نیروی متقابل میدان مغناطیسی با جریان در نوسانات سیم پیچ قسمت متحرک ، که تمایل به چرخاندن قسمت دوم دارد ، استفاده می شود.

کنتورهای برق القایی. متر القایی چیزی بیشتر از یک موتور AC کم مصرف با دو سیم پیچ - جریان و ولتاژ نیست. یک دیسک رسانا که بین سیم پیچ ها قرار می گیرد ، تحت تأثیر گشتاور متناسب با توان مصرفی می چرخد. این لحظه توسط جریانهای القا شده در دیسک توسط یک آهنربای دائمی متعادل می شود ، به طوری که سرعت چرخش دیسک متناسب با توان مصرفی است.

برق ساعت مچیتغذیه شده توسط باتری مینیاتوری برای کارکردن به قطعات بسیار کمتری نسبت به ساعت مکانیکی نیاز دارند. به عنوان مثال ، یک ساعت قابل حمل معمولی برقی شامل دو آهن ربا ، دو سلف و یک ترانزیستور است.

دینامومتر - یک دستگاه مکانیکی یا الکتریکی برای اندازه گیری نیروی کشش یا گشتاور یک ماشین ، ماشین ابزار یا موتور.

دینامومترهای ترمز دارای طیف گسترده ای از طرح ها هستند. اینها به عنوان مثال ، ترمز Proni ، ترمزهای هیدرولیکی و الکترومغناطیسی هستند.

دینامومتر الکترومغناطیسی را می توان در قالب یک دستگاه مینیاتوری ، مناسب برای اندازه گیری ویژگی های موتورهای کوچک ، ساخت.

خواص مغناطیسی ماده به طور وسیعی در علم و فناوری به عنوان وسیله ای برای مطالعه ساختار اجسام مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. چگونگی پیدایش علوم:

مگنتوشیمی شاخه ای از شیمی فیزیکی است که رابطه بین خواص مغناطیسی و شیمیایی مواد را مطالعه می کند. علاوه بر این ، مغناطیس شیمی تأثیر میدانهای مغناطیسی را بر روی فرآیندهای شیمیایی مطالعه می کند. شیمی مغناطیسی بر اساس فیزیک مدرن پدیده های مغناطیسی است. مطالعه رابطه بین خواص مغناطیسی و شیمیایی باعث می شود ویژگی های ساختار شیمیایی یک ماده روشن شود.

نقص مغناطیسی ، یک روش جستجوی نقص بر اساس مطالعه اعوجاج میدان مغناطیسی ناشی از نقص در محصولات ساخته شده از مواد فرومغناطیس.

شتاب دهنده ذرات ، دستگاهی که در آن پرتوهای الکترون ، پروتون ، یون و سایر ذرات باردار با انرژی بیش از انرژی حرارتی با استفاده از میدان های الکتریکی و مغناطیسی به دست می آید.

شتاب دهنده های مدرن از تعداد زیادی و انواع مختلفتجهیزات ، از جمله آهنرباهای دقیق قدرتمند

در درمان و تشخیص پزشکی ، شتاب دهنده ها نقش مهمی ایفا می کنند نقش عملی... امروزه در بسیاری از بیمارستانهای جهان شتاب دهنده های خطی الکترونی کوچکی در دسترس است که اشعه ایکس شدید ایجاد می کند که برای درمان تومورها استفاده می شود. سیکلوترونها یا سنکروترونها که پرتوهای پروتون تولید می کنند به میزان کمتری مورد استفاده قرار می گیرند. مزیت پروتون ها در درمان تومور نسبت به اشعه ایکس ، آزادسازی انرژی موضعی تر است. بنابراین ، پروتون درمانی به ویژه در درمان تومورهای مغزی و چشمی م ،ثر است ، هنگامی که آسیب به بافت سالم اطراف باید تا حد ممکن حداقل باشد.

نمایندگان علوم مختلف در تحقیقات خود زمینه های مغناطیسی را در نظر می گیرند. یک فیزیکدان میدانهای مغناطیسی اتمها و ذرات بنیادی را اندازه گیری می کند ، یک ستاره شناس نقش میدانهای کیهانی را در شکل گیری ستارگان جدید مورد بررسی قرار می دهد ، یک زمین شناس بر اساس ناهنجاریهای میدان مغناطیسی زمین رسوبات سنگهای مغناطیسی را جستجو می کند و اخیراً زیست شناسی نیز در مطالعه و استفاده از آهن ربا مشارکت فعال دارد.

علم بیولوژیکی نیمه اول قرن بیستم با اطمینان عملکردهای زندگی را توصیف کرد ، به هیچ وجه وجود هیچ میدان مغناطیسی را در نظر نگرفت. علاوه بر این ، برخی از زیست شناسان تأکید کردند که حتی یک میدان مغناطیسی مصنوعی قوی نیز تاثیری بر اجسام بیولوژیکی نمی گذارد.

در دائرclالمعارفها چیزی در مورد تأثیر میدانهای مغناطیسی بر فرایندهای بیولوژیکی گفته نشده است. در ادبیات علمی در سراسر جهان ، سالانه ملاحظات مثبت جداگانه ای در مورد یک اثر بیولوژیکی میدان مغناطیسی ظاهر می شود. با این حال ، این قطره ضعیف نتوانست کوه یخ بی اعتمادی را حتی در فرمول بندی خود مشکل ذوب کند ... و ناگهان این چکه به یک جریان طوفانی تبدیل شد. بهمن نشریات مغناطیبیولوژیکی ، گویی از برخی قله ها سقوط کرده است ، از ابتدای دهه 60 به طور مداوم در حال افزایش بوده و اظهارات مشکوک را غرق کرده است.

از کیمیاگران قرن شانزدهم تا به امروز ، اثر بیولوژیکی آهنربا بارها طرفداران و منتقدان پیدا کرده است. در طول چندین قرن ، بارها و بارها مورد علاقه و علاقه بوده است عمل درمانیآهن ربا. آنها با کمک آن سعی کردند بیماری های عصبی (و نه ناموفق) را درمان کنند ، دندان درد، بی خوابی ، درد در کبد و معده - صدها بیماری.

برای اهداف دارویی ، آهن ربا شروع به استفاده کرد ، احتمالاً زودتر از تعیین نقاط اصلی.

آهن ربا به عنوان یک داروی خارجی محلی و به عنوان یک حرز ، در بین چینی ها ، هندوها ، مصری ها ، عرب ها ، یونانی ها ، رومی ها و غیره بسیار محبوب بود. ارسطو فیلسوف و مورخ پلینیوس در آثار خود به خواص دارویی آن اشاره کرده اند.

در نیمه دوم قرن بیستم ، دستبندهای مغناطیسی گسترده شد و تأثیر مفیدی بر بیماران مبتلا به اختلال فشار خون (فشار خون بالا و افت فشار خون) داشت.

علاوه بر آهنرباهای دائمی ، از آهنرباهای الکتریکی نیز استفاده می شود. آنها همچنین برای طیف وسیعی از مشکلات در علم ، فناوری ، الکترونیک ، پزشکی (بیماریهای عصبی ، بیماریهای عروقی اندامها ، کاردیو - بیماریهای عروقی، سرطان).

بیشتر از همه ، دانشمندان تمایل دارند که میدانند میدان مغناطیسی مقاومت بدن را افزایش می دهد.

سرعت سنج الکترومغناطیسی ، کپسول های مینیاتوری وجود دارد که با استفاده از میدان های مغناطیسی خارجی ، می توان آنها را در امتداد رگ های خونی حرکت داد تا آنها را گسترش داده ، نمونه هایی را در بخشهای خاصی از مسیر گرفته و یا برعکس ، محلی داروهای مختلف را از کپسول ها خارج کرد.

روش مغناطیسی برای حذف ذرات فلزی از چشم به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد.

بسیاری از ما مطالعه کار قلب با استفاده از سنسورهای الکتریکی - الکتروکاردیوگرام را می دانیم. تکانه های الکتریکی تولید شده توسط قلب ، میدان مغناطیسی قلب را ایجاد می کند که حداکثر مقدار آن 10-6 از قدرت میدان مغناطیسی زمین است. ارزش مگنتوکاردیوگرافی این است که به شما امکان می دهد در مورد نواحی "خاموش" الکتریکی قلب اطلاعات کسب کنید.

لازم به ذکر است که زیست شناسان در حال حاضر از فیزیکدانان می خواهند نظریه ای در مورد مکانیسم اولیه عمل بیولوژیکی میدان مغناطیسی ارائه دهند و فیزیکدانان در پاسخ از زیست شناسان حقایق بیولوژیکی تأیید شده بیشتری می خواهند. بدیهی است که همکاری نزدیک متخصصان مختلف موفق خواهد بود.

یک پیوند مهم که مشکلات مغناطیبیولوژیکی را متحد می کند واکنش است سیستم عصبیروی میدانهای مغناطیسی این مغز است که اولین کسی است که به هرگونه تغییر در محیط خارجی واکنش نشان می دهد. این مطالعه واکنش های آن است که کلید حل بسیاری از مشکلات مگنتوبیولوژی خواهد بود.

در میان انقلاب های تکنولوژیکی در پایان قرن بیستم ، یکی از مهمترین آنها انتقال مصرف کنندگان به سوخت هسته ای است. بار دیگر میدان مغناطیسی در کانون توجه قرار گرفت. فقط آنها قادر خواهند بود در یک واکنش گرمایی هسته ای "مسالمت آمیز" پلاسمای سرگردان را مهار کنند ، که باید واکنش های شکافت هسته های رادیواکتیو اورانیوم و توریم را جایگزین کند.

دیگر چه چیزی بسوزاند؟ - خودداری وسواس گونه به نظر می رسد که همیشه مهندسان قدرت را عذاب می دهد. برای مدت طولانی ، هیزم ما را نجات داد ، اما شدت انرژی آنها پایین است ، و بنابراین تمدن چوب سوز اولیه است. ثروت امروز ما مبتنی بر سوزاندن سوخت های فسیلی است ، اما ذخایر نفت ، زغال سنگ و گاز طبیعی موجود به آرامی در حال کاهش است. خواسته یا ناخواسته ، ضروری است که تعادل سوخت و انرژی کشور را به چیز دیگری تغییر دهیم. در قرن آینده ، بقایای سوخت های فسیلی باید برای نیازهای مواد اولیه شیمی ذخیره شود. و همانطور که می دانید منبع اصلی انرژی سوخت هسته ای خواهد بود.

ایده عایق حرارتی مغناطیسی پلاسما بر اساس ویژگی شناخته شده ذرات باردار الکتریکی است که در میدان مغناطیسی حرکت می کنند تا مسیر خود را خم کرده و در امتداد مارپیچی از خطوط میدان نیرو حرکت کنند. این انحنای مسیر در یک میدان مغناطیسی ناهمگن منجر به این واقعیت می شود که ذره به منطقه ای رانده می شود که میدان مغناطیسی ضعیف تر است. وظیفه ما این است که پلاسما را از هر طرف با میدان قوی تری احاطه کنیم. این مشکل در بسیاری از آزمایشگاه های جهان حل می شود. محدوده مغناطیسی پلاسما توسط دانشمندان اتحاد جماهیر شوروی کشف شد ، که در سال 1950 پیشنهاد بستن پلاسما در تله های مغناطیسی (یا همانطور که اغلب آنها را در بطری های مغناطیسی می نامند) را پیشنهاد کردند.

نمونه ای از یک سیستم بسیار ساده برای محدود کردن پلاسما مغناطیسی ، تله ای با آینه یا آینه مغناطیسی (سلول آینه) است. این سیستم یک لوله بلند است که در آن میدان مغناطیسی طولی ایجاد می شود. سیم پیچ های عظیم تری در انتهای لوله پیچیده می شوند تا در وسط. این منجر به این واقعیت می شود که خطوط مغناطیسی نیرو در انتهای لوله متراکم تر است و میدان مغناطیسی در این مناطق قوی تر است. بنابراین ، ذره ای که در یک بطری مغناطیسی به دام افتاده است نمی تواند سیستم را ترک کند ، زیرا باید از خطوط نیرو عبور کرده و به دلیل نیروی لورنتزی ، "باد" را در اطراف آنها ایجاد کند. این اصل برای ساختن یک تله مغناطیسی عظیم از نصب Ogra-1 که در موسسه انرژی اتمی به نام I.V. راه اندازی شد ، مورد استفاده قرار گرفت. کورچاتف در سال 1958 محفظه خلاء"Ogra-1" دارای طول 19 متر در است قطر داخلی 1.4 متر متوسط قطر سیم پیچ که میدان مغناطیسی ایجاد می کند 1.8 متر است ، قدرت میدان در وسط محفظه 0.5 T و 0.8 T در شاخه ها است.

هزینه برق نیروگاههای همجوشی به دلیل ارزان بودن مواد اولیه (آب) بسیار پایین خواهد بود. زمانی فرا می رسد که نیروگاه ها به معنای واقعی کلمه اقیانوس های برق تولید می کنند. شاید با استفاده از این برق نه تنها بتوان شرایط زندگی روی زمین را به طور اساسی تغییر داد - رودخانه ها را به عقب برگردانید ، باتلاق ها را تخلیه کنید ، صحراهای آبی - بلکه همچنین ظاهر فضای اطراف را تغییر دهید - ماه را "احیا" کنید تا مریخ را با فضایی احاطه کند.

یکی از مشکلات اصلی در این مسیر ایجاد میدان مغناطیسی با هندسه و قدر معین است. میدان های مغناطیسی در تله های هسته ای مدرن نسبتاً کوچک هستند. با این وجود ، اگر حجم عظیمی از محفظه ها ، عدم وجود هسته فرومغناطیس و همچنین الزامات ویژه برای شکل میدان مغناطیسی را که ایجاد چنین سیستم هایی را پیچیده می کند ، در نظر بگیریم ، باید تشخیص داد که تله های موجود یک موفقیت فنی بزرگ هستند

بر اساس موارد فوق ، می توان نتیجه گرفت که در حال حاضر صنعتی وجود ندارد که در آن آهن ربا یا پدیده مغناطیس اعمال نشود.

5. ابررساناها و ابررساناهای مغناطیسی کاربرد آنها

ابررساناها اغلب به عنوان کلید مهندسی برق در آینده ذکر می شوند. این به دلیل واقعاً آنهاست خواص شگفت انگیز... در واقع ، ابررساناها به عنوان مواد خاصی وجود ندارند. اینها مواد معمولی از عناصر جدول تناوبی هستند که در شرایط خاصیخواص غیر معمول ظاهر می شود به عنوان مثال ، آلومینیوم یک رسانای خوب در نظر گرفته می شود ، گرما را به خوبی منتقل می کند و میدان مغناطیسی (پارامغناطیس) را در ضخامت آن کمی افزایش می دهد. هنگامی که زیر 1.2 کیلوگرم خنک می شود ، رسانایی الکتریکی آلومینیوم بی نهایت افزایش می یابد (ابررسانا) ، هدایت حرارتی نیز خراب می شود (عایق حرارتی) ، و میدان مغناطیسی دیگر نمی تواند به آن نفوذ کند (دیامغناطیس). به نظر می رسد برای دستیابی به چنین ویژگی های مفید باید هزینه زیادی پرداخت - رسیدن به دمای پایین لذت ارزان نیست. با این حال ، مشخص شد که هزینه یخچال و حفاظت حرارتی مناطق سردسیر با مزایای به دست آمده قابل مقایسه نیست. بدست آوردن جریانهای عظیم (چندین هزار برابر بیشتر از رساناهای معمولی) و میدانهای مغناطیسی عظیم با مقاطع متوسط اتوبوسهای حامل جریان امکان پذیر است: این امر در ایجاد قدرت الکتریکی بسیار مهم است. دستگاه ها

واضح است که راه حل ها و مواد جدید طراحی برای ایجاد مولدهای قدرت بالاتر مورد نیاز خواهد بود. در این راستا ، دانشمندان و مهندسان امیدهای ویژه ای به ابررسانایی دارند. بیهوده نیست که تحقیقات نظری و تجربی در زمینه مواد ابررسانا به عنوان یکی از جهات اصلی در توسعه علم ترسیم شده است و یکی از جهات اصلی در توسعه فناوری توسعه ژنراتورهای توربین ابررسانا است. تجهیزات الکتریکی ابررسانا بارهای الکتریکی و مغناطیسی عناصر دستگاه را به شدت افزایش می دهد و به همین دلیل اندازه آنها را به شدت کاهش می دهد. در یک سیم ابررسانا ، چگالی جریان مجاز 10 ... 50 برابر چگالی جریان در تجهیزات الکتریکی معمولی است. میدان مغناطیسی را می توان به مقدار 10 T در مقایسه با 0.8 ... 1 T در ماشینهای معمولی رساند. اگر این را در نظر بگیریم که ابعاد وسایل الکتریکی با محصول چگالی مجاز مجاز و القای میدان مغناطیسی متناسب است ، بدیهی است که استفاده از ابررساناها اندازه و وزن تجهیزات الکتریکی را چندین برابر کاهش می دهد!

در صورت استفاده از اثر ابررسانایی و استفاده از مواد ابررسانا ، بسیاری از موانع به خودی خود ناپدید می شوند. سپس تلفات در سیم پیچ روتور را می توان عملاً به صفر رساند ، زیرا دی سیدر او مقاومت نمی کند و اگر چنین است ، کارایی دستگاه افزایش می یابد. جریان قوی با عبور از سیم پیچ تحریک ابررسانا ، چنان میدان مغناطیسی قوی ایجاد می کند که دیگر نیازی به استفاده از مدار مغناطیسی فولادی ، سنتی برای هر ماشین برقی نیست. حذف فولاد باعث کاهش جرم روتور و اینرسی آن می شود. ایجاد ماشین های الکتریکی برودتی ادای احترام به مد نیست ، بلکه یک ضرورت است ، پیامد طبیعی پیشرفت علمی و تکنولوژیکی است. و هر دلیلی وجود دارد که ادعا کنیم تا پایان قرن ژنراتورهای توربین ابررسانا با ظرفیت بیش از 1000 مگاوات در سیستم های قدرت کار خواهند کرد.

مهندسان برق به چیزی بیشتر از ژنراتورهای سرد نیاز دارند. چندین ده ترانسفورماتور ابررسانا قبلاً تولید و آزمایش شده است (اولین آنها توسط مک فی آمریکایی در سال 1961 ساخته شد ؛ ترانسفورماتور با قدرت 15 کیلو وات کار می کرد). پروژه هایی برای ترانسفورماتورهای ابررسانا با ظرفیت حداکثر 1 میلیون کیلو وات وجود دارد. در توانهای بسیار بالا ، ترانسفورماتورهای ابررسانا 40 تا 50 درصد سبک تر از ترانسفورماتورهای معمولی خواهند بود و توان آنها تقریباً مشابه ترانسفورماتورهای معمولی است (این محاسبات همچنین قدرت مایع را در نظر گرفته است). با این حال ، ترانسفورماتورهای ابررسانا دارای اشکالات قابل توجه آنها با نیاز به حفاظت ترانسفورماتور از خروج آن از حالت ابررسانا در هنگام اضافه بار ، اتصال کوتاه ، گرم شدن بیش از حد ، هنگامی که میدان مغناطیسی ، جریان یا دما می تواند به مقادیر بحرانی برسد ، ارتباط دارند.

V سالهای گذشتهرویای ابررسانایی خطوط برق به واقعیت نزدیک می شود. تقاضای روزافزون برای برق ، انتقال مقادیر زیادی برق در مسافت های طولانی را بسیار جذاب می کند. دانشمندان اتحاد جماهیر شوروی نوید ابررسانایی خطوط انتقال را به طرز قانع کننده ای نشان داده اند. هزینه خطوط قابل مقایسه با هزینه های معمولی است خطوط هواییانتقال برق (هزینه یک ابررسانا ، اگر مقدار بالای چگالی جریان بحرانی را در مقایسه با چگالی جریان اقتصادی مقرون به صرفه در سیمهای مسی یا آلومینیومی در نظر بگیریم ، کوچک است) و کمتر از هزینه خطوط کابل... قرار است خطوط انتقال قدرت ابررسانا را به شرح زیر انجام دهد: یک خط لوله با نیتروژن مایع بین نقاط انتهایی انتقال در زمین قرار می گیرد. در داخل این خط لوله یک لوله هلیوم مایع قرار دارد. هلیوم و نیتروژن به دلیل ایجاد اختلاف فشار بین مبدا و مقصد از خطوط لوله عبور می کنند. بنابراین ، ایستگاه های پمپاژ مایع سازی تنها در انتهای خط قرار دارند. نیتروژن مایع را می توان همزمان به عنوان دی الکتریک استفاده کرد. خط لوله هلیوم در داخل نیتروژن توسط ستون های دی الکتریک پشتیبانی می شود (خواص دی الکتریک اکثر عایق ها در دماهای پایین بهبود می یابد). لوله هلیوم عایق خلاء است. سطح داخلی خط لوله هلیوم مایع با یک لایه ابررسانا پوشانده شده است. تلفات در چنین خطی ، با در نظر گرفتن تلفات اجتناب ناپذیر در انتهای خط ، جایی که ابررساناها باید در دمای معمولی با اتوبوس ها متصل شوند ، از چند بخش درصد فراتر نخواهد رفت و در خطوط برق معمولی تلفات 5 است. ... 10 برابر بیشتر!

نیروگاه های هسته ای و حرارتی هسته ای با ژنراتورهای الکتریکی بسیار قدرتمند می توانند در ابتدای قرن 21 مبنای بخش انرژی قرار گیرند. میدان های الکتریکیرودخانه های قدرتمندی که توسط مغناطیس های ابررسانا ایجاد می شوند ، قادر خواهند بود در امتداد خطوط ابررسانایی به واحدهای ذخیره انرژی ابررسانا سرازیر شوند و در صورت نیاز توسط مصرف کنندگان از آنجا خارج خواهند شد. نیروگاهها قادر خواهند بود به طور یکنواخت در شب و روز نیرو تولید کنند و خروج آنها از رژیمهای برنامه ریزی شده باید کارایی و عمر مفید واحدهای اصلی را افزایش دهد.

ایستگاه های خورشیدی فضایی را می توان به نیروگاه های زمینی اضافه کرد. معلق بر فراز نقاط ثابت سیاره ، آنها باید اشعه خورشید را به تابش الکترومغناطیسی موج کوتاه تبدیل کنند تا جریانهای متمرکز انرژی را به مبدلهای زمینی به جریانهایی برای استفاده صنعتی ارسال کنند. کلیه تجهیزات الکتریکی زمین و فضا سیستم های الکتریکیباید ابررسانا باشد ، در غیر این صورت تلفات در رسانای رسانایی الکتریکی محدود غیر قابل قبول بزرگ به نظر می رسد.

نتیجه

چشم انداز و رفاه یک فرد به میزان کافی به پیشرفت علم بستگی دارد.

ما اکتشافات شگفت انگیز را مدیون این تیر کوچک لرزان هستیم که در یک سر آن سیاه و در سر دیگر آن قرمز رنگ شده است. جهانهای ناشناخته ، حیوانات عجیب و غریب ، جزایر معطر ، قاره های یخی و مردمی که تمدن نمی شناسند در مقابل چشم "رانندگان ناوچه" شگفت زده ظاهر شدند که راه خود را با یک سوزن قطب نما کوچک بررسی کردند ...

در انبار عظیمی از ابزارها علم مدرنآهن ربا جایگاه ویژه ای دارد بدون آن ، هیچ تحقیق ، هیچ علمی ، هیچ صنعت ، هیچ زندگی متمدنی امکان پذیر نیست. اگر به یاد داشته باشیم که اگر زمین میدان مغناطیسی نداشت ، اکنون سیاره ای بود که توسط تابش کیهانی مانند مریخ سوزانده می شد ، در این صورت می توانید چیزی شبیه قدردانی از آهنرباها احساس کنید.

اما به غیر از قدردانی ، آهن ربا شایسته احترام است - به هر حال ، اگر در مقیاس تاریخی فکر کنید ، باید اعتراف کنیم که نمی توانیم درباره ماهیت جاذبه آهنربا چیزهای بیشتری بگوییم.

مسئله جاذبه مغناطیسی ذهن پسران و دانشمندان را برای صدها سال به وجد خواهد آورد. بیایید دانش خود را بیش از حد تخمین نزنیم. کسی که این کار را می کند اغلب دچار مشکل می شود. بیایید به یاد بیاوریم که در مورد برق در سال 1755 در هفته نامه لندن چه نوشته بود: "برق نیرویی است که توسط انسان به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است. این با موفقیت برای درمان بیماری ها استفاده می شود ، این قدرت می تواند توسعه گیاهان را تسریع کند. "

این کلمات قبل از فارادی ، آمپر ، ماکسول نوشته شده بود ، زمانی که مردم ، همانطور که اکنون با خیال راحت می توانیم بگوییم ، تقریباً هیچ چیز در مورد برق نمی دانستند. و اکنون ، در نیمه دوم قرن بیستم ، به سختی هیچ دانشمندی شهامت پیدا می کند که بگوید: "برق نیرویی است که توسط انسان به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است."

ما اطلاعات زیادی در مورد برق و مغناطیس داریم و هر روز بیشتر و بیشتر می آموزیم. اما پشت یک مشکل مشکلات دیگری وجود دارد که از پیچیدگی و جذابیت کمتری برخوردار نیستند. زندگی همیشه مملو از اسرار خواهد بود. و در کنار سخت ترین - راز زندگی و راز جهان - راز آهن ربا همیشه غذای ذهن کنجکاو را فراهم می کند.

آلبرت انیشتین برای همیشه روزی را به یاد می آورد که به او ، یک کودک چهار ساله ، یک اسباب بازی جدید-قطب نما-هدیه دادند. او تا پایان عمر شگفتی کودکانه خود را از خواص فوق العاده یک آهنربا حفظ کرد ، همان ویژگی هایی که اجداد ما را هزاران سال پیش نگران کرده بود.

بعید است که کسی باشد که جرات کند بگوید: "من معمای آهن ربا را درک کرده ام!" با این حال ، دانشمندان با مقدار کمی از رمز و راز قادر به ایجاد دستگاه هایی بودند که می توانستند با قوی ترین آهنرباهای ایجاد شده توسط طبیعت رقابت کنند.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. دائرclالمعارف بزرگ شوروی. انتشارات "دائرclالمعارف شوروی" ، م. ، 1974.

2. دیاگیلف ، ف.م. از تاریخ فیزیک و زندگی سازندگان آن: کتاب درسی برای دانشگاهها / F.M. دیاگیلف. - م .: آموزش و پرورش ، 1986. - 280 ص.

3. Kabardin ، OF فیزیک: Ref. مطالب: کتاب درسی. راهنمای دانشجویی. / از. کاباردین - ویرایش سوم - M: Education، 1991.- 367s: Ill.

4. کارتسف ، V.P. آهنربای سه هزاره / V.P. کارتسف. - م .: دانش ، 1986. - 230 ص.

5. الک ، V.A. تاریخ و فلسفه علم. اصول دوره: کتاب درسی / V.A. گوزن - م .: انتشارات - شرکت تجاری "داشکوف و K 0" ، 2004. - 404 ص.

6. Milkovskaya ، LB بیایید فیزیک را تکرار کنیم: کتاب درسی برای دانشگاهها / L.B. میلکوفسکایا. - م.: مدرسه عالی ، 1991–307 ص .: بیمار.

7. سیموننکو ، O.D. مهندسی برق در نیمه اول قرن بیستم / O.D. سیموننکو - م .: دانش ، 1988. - 325 ثانیه

8. الکترونیک رادیویی مدرن (50-80s) / V.P. بوریسوف [و دیگران] ؛ ویرایش V.P. بوریسوا ، V.M. رودیونوا. - M: Omega-L، 1993.- 340 ص.

9. خولودوف ، یو.آ. مردی در شبکه مغناطیسی: / Yu.A. خولودوف. - م .: دانش ، 1972 - 173 ص.

10. دینامومترهای الکترومغناطیسی // علم و فناوری. - 2008. - شماره 5. - ص 25-27

ژنراتورهای الکتریکی و موتورهای الکتریکی ماشین هایی از نوع دوار هستند که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی (ژنراتور) یا انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی (موتور) تبدیل می کنند. عملکرد ژنراتورها بر اساس القای الکترومغناطیسی است: نیروی الکتروموتور (EMF) در سیم در حال حرکت در میدان مغناطیسی ایجاد می شود. عملکرد موتورهای الکتریکی بر این واقعیت استوار است که نیرویی روی سیم با جریانی که در میدان مغناطیسی عرضی قرار گرفته است عمل می کند.

ساعت های مچی برقی از باتری مینیاتوری تغذیه می کنند. برای کارکردن به قطعات بسیار کمتری نسبت به ساعت مکانیکی نیاز دارند. به عنوان مثال ، یک ساعت قابل حمل معمولی برقی شامل دو آهن ربا ، دو سلف و یک ترانزیستور است.

انواع متعدد و متنوعی از فناوری در شتاب دهنده های مدرن ، از جمله استفاده می شود. آهنرباهای دقیق قدرتمند

در درمان و تشخیص پزشکی ، شتاب دهنده ها نقش عملی مهمی را ایفا می کنند. امروزه در بسیاری از بیمارستانهای جهان شتاب دهنده های خطی الکترونی کوچکی در دسترس است که اشعه ایکس شدید ایجاد می کند که برای درمان تومورها استفاده می شود. سیکلوترونها یا سنکروترونها که پرتوهای پروتون تولید می کنند به میزان کمتری مورد استفاده قرار می گیرند. مزیت پروتون ها در درمان تومور نسبت به اشعه ایکس ، آزادسازی انرژی موضعی تر است. بنابراین ، پروتون درمانی به ویژه در درمان تومورهای مغزی و چشمی م ،ثر است ، هنگامی که آسیب به بافت سالم اطراف باید تا حد ممکن حداقل باشد.

از کیمیاگران قرن شانزدهم تا به امروز ، اثر بیولوژیکی آهنربا بارها طرفداران و منتقدان پیدا کرده است. در طول چندین قرن ، فراز و نشیب های مورد علاقه در مورد اثر درمانی آهنربا وجود داشته است. آنها با کمک آن سعی کردند بیماری های عصبی ، دندان درد ، بی خوابی ، درد در کبد و معده را درمان کنند (و نه ناموفق) - صدها بیماری.

برای اهداف دارویی ، آهن ربا شروع به استفاده کرد ، احتمالاً زودتر از تعیین نقاط اصلی.

علاوه بر آهنرباهای دائمی ، از آهنرباهای الکتریکی نیز استفاده می شود. آنها همچنین برای طیف گسترده ای از مشکلات در علم ، فناوری ، الکترونیک ، پزشکی (بیماریهای عصبی ، بیماریهای عروقی اندامها ، بیماریهای قلبی عروقی ، سرطان) استفاده می شوند.

بیشتر از همه ، دانشمندان تمایل دارند که میدانند میدان مغناطیسی مقاومت بدن را افزایش می دهد.

روش مغناطیسی برای حذف ذرات فلزی از چشم به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد.

پیوند مهمی که مشکلات مغناطیبیولوژیکی را متحد می کند واکنش سیستم عصبی به میدانهای مغناطیسی است. این مغز است که اولین کسی است که به هرگونه تغییر در محیط خارجی واکنش نشان می دهد. این مطالعه واکنش های آن است که کلید حل بسیاری از مشکلات مگنتوبیولوژی خواهد بود.

نمونه ای از یک سیستم بسیار ساده برای محدود کردن پلاسما مغناطیسی ، تله ای با آینه یا آینه مغناطیسی (سلول آینه) است. این سیستم یک لوله بلند است که در آن میدان مغناطیسی طولی ایجاد می شود. سیم پیچ های عظیم تری در انتهای لوله پیچیده می شوند تا در وسط. این منجر به این واقعیت می شود که خطوط مغناطیسی نیرو در انتهای لوله متراکم تر است و میدان مغناطیسی در این مناطق قوی تر است. بنابراین ، ذره ای که در یک بطری مغناطیسی به دام افتاده است نمی تواند سیستم را ترک کند ، زیرا باید از خطوط نیرو عبور کرده و به دلیل نیروی لورنتزی ، "باد" را در اطراف آنها ایجاد کند. این اصل برای ساختن یک تله مغناطیسی عظیم از نصب Ogra-1 که در موسسه انرژی اتمی به نام I.V. راه اندازی شد ، مورد استفاده قرار گرفت. کورچاتوف در سال 1958. محفظه خلاء Ogra-1 دارای طول 19 متر با قطر داخلی 1.4 متر است. متوسط قطر سیم پیچ که میدان مغناطیسی ایجاد می کند 1.8 متر است ، قدرت میدان در وسط محفظه 0.5 تن است ، در پلاگین 0.8 T

هزینه برق نیروگاههای همجوشی به دلیل ارزان بودن مواد اولیه (آب) بسیار پایین خواهد بود. زمانی فرا می رسد که نیروگاه ها به معنای واقعی کلمه اقیانوس های برق تولید می کنند. شاید با استفاده از این برق نه تنها بتوان شرایط زندگی بر روی زمین را به طور اساسی تغییر داد - رودخانه ها را به عقب برگردانید ، باتلاق ها را تخلیه کنید ، صحراهای آبی - بلکه همچنین ظاهر فضای اطراف را تغییر دهید و جمعیت دهید. ماه را "احیا" کنید تا مریخ را با فضایی احاطه کند.

یکی از مشکلات اصلی در این مسیر ایجاد میدان مغناطیسی با هندسه و قدر معین است. میدان های مغناطیسی در تله های هسته ای مدرن نسبتاً ضعیف هستند. با این وجود ، اگر حجم عظیمی از محفظه ها ، عدم وجود هسته فرومغناطیس و همچنین الزامات ویژه برای شکل میدان مغناطیسی را که ایجاد چنین سیستم هایی را پیچیده می کند ، در نظر بگیریم ، باید تشخیص داد که تله های موجود یک موفقیت فنی بزرگ هستند

در ابتدای کار ارائه چند تعریف و توضیح مفید خواهد بود.

اگر در جایی ، نیرویی بر اجسام متحرک که دارای بار هستند ، اعمال شود ، اما بر بدنهایی که بی حرکت هستند یا از بار محروم هستند ، عمل می کند ، آنها می گویند که در این مکان وجود دارد میدان مغناطیسی - یکی از اشکال عمومی تر میدان الکترومغناطیسی .

اجسامی وجود دارند که قادر به ایجاد میدان مغناطیسی در اطراف خود هستند (و چنین جسمی نیز تحت تأثیر نیروی میدان مغناطیسی قرار می گیرد) ، آنها می گویند این اجسام مغناطیسی شده و دارای یک گشتاور مغناطیسی هستند که خاصیت بدن را تعیین می کند برای ایجاد میدان مغناطیسی چنین اجسامی نامیده می شوند آهن ربا .

لازم به ذکر است که مواد مختلف واکنش متفاوتی به میدان مغناطیسی خارجی نشان می دهند.

موادی وجود دارند که تأثیر یک میدان خارجی را در درون خود تضعیف می کنند – پارامغناطیس و زمینه خارجی را در درون خود تقویت می کنند – دیامغناطیس.

موادی با توانایی فوق العاده (هزاران بار) برای تقویت میدان خارجی در خود وجود دارند - آهن ، کبالت ، نیکل ، گادولینیوم ، آلیاژها و ترکیبات این فلزات ، به آنها می گویند. - آهنرباهای مغناطیسی

در بین فرومغناطیس موادی وجود دارد که پس از قرار گرفتن در معرض میدان مغناطیسی خارجی به اندازه کافی قوی ، خود به خود آهن ربا می شوند - این مواد مغناطیسی سخت

موادی هستند که یک میدان مغناطیسی خارجی را در خود متمرکز می کنند و در حالی که عمل می کند ، مانند آهن ربا رفتار می کنند. اما اگر میدان خارجی ناپدید شود آنها آهنربا نمی شوند - این است مواد مغناطیسی نرم

معرفی

ما به آهن ربا عادت کرده ایم و با آن بعنوان یک ویژگی منسوخ شده دروس فیزیک مدرسه ، گاهی اوقات بدون اینکه حتی بدانیم چند آهن ربا در اطراف ما وجود دارد ، با آن برخورد می کنیم. ده ها آهن ربا در آپارتمان های ما وجود دارد: در تراشنده های برقی ، بلندگوها ، دستگاه های ضبط صوت ، ساعت ، در قوطی میخ ، در نهایت. ما خود نیز آهن ربا هستیم: جریانهای زیستی جاری در ما الگوی عجیبی از خطوط مغناطیسی نیرو را در اطراف ما ایجاد می کنند. زمینی که ما روی آن زندگی می کنیم یک آهنربای غول پیکر آبی است. خورشید - یک توپ پلاسمای زرد - آهنربای بزرگتری است. کهکشان ها و سحابی ها که به سختی با تلسکوپ ها قابل مشاهده هستند ، آهنرباهایی با اندازه نامفهوم هستند. همجوشی حرارتی ، تولید الکترومغناطیسی مغناطیسی ، شتاب ذرات باردار در سنکروترونها ، بلند شدن کشتی های غرق شده - همه اینها مناطقی هستند که آهنرباهای بزرگ با اندازه بی سابقه مورد نیاز است. مشکل ایجاد میدان های مغناطیسی قوی ، فوق قوی ، فوق قوی و حتی قوی تر به یکی از مسائل اصلی در فیزیک و فناوری مدرن تبدیل شده است.

آهن ربا از زمان های قدیم برای انسان شناخته شده است. ما اشاره کردیم

در مورد آهن ربا و خواص آنها در آثار تالس میلتوس (حدود 600 قبل از میلاد) و افلاطون (427-347 قبل از میلاد). کلمه "آهنربا" در ارتباط با این واقعیت بوجود آمد که آهنرباهای طبیعیتوسط یونانیان در مگنزیا (تسالی) کشف شد.

آهنرباهای طبیعی (یا طبیعی) به طور طبیعی به شکل رسوبات سنگهای مغناطیسی بوجود می آیند. بزرگترین آهنربای طبیعی شناخته شده در دانشگاه تارتو واقع شده است. وزن آن 13 کیلوگرم است و می تواند 40 کیلوگرم را بلند کند.

آهنرباهای مصنوعی آهنرباهای ساخته شده توسط بشر بر اساس انواع مختلف هستند فرومغناطیس... آهنرباهای موسوم به "پودر" (ساخته شده از آهن ، کبالت و برخی مواد افزودنی دیگر) می توانند بارهای بیش از 5000 برابر وزن خود را تحمل کنند.

دو نوع مختلف آهنربای مصنوعی وجود دارد:

برخی به اصطلاح هستند آهنرباهای دائمی ساخته شده از " سخت مغناطیسی »مواد: خواص مغناطیسی آنها با استفاده از منابع یا جریانهای خارجی ارتباطی ندارد.

به اصطلاح آهنرباهای الکتریکی با هسته " مغناطیسی نرم »آهن. میدان های مغناطیسی ایجاد شده به دلیل این واقعیت است که جریان الکتریکی از سیم سیم پیچ که هسته را احاطه کرده عبور می کند.

در سال 1600 ، کتابی از پزشک سلطنتی ، V. هیلبرت "روی آهنربا ، اجسام مغناطیسی و آهنربای بزرگ - زمین". این مقاله اولین تلاش شناخته شده برای مطالعه پدیده های مغناطیسی از منظر علم بود. این اثر شامل اطلاعات موجود در مورد الکتریسیته و مغناطیس و همچنین نتایج آزمایشات خود نویسنده است.

از هر چیزی که شخص با آن روبرو می شود ، او قبل از هر چیز به دنبال کسب منفعت عملی است. این سرنوشت و آهن ربا را نامگذاری کرد

در کار خود ، سعی خواهم کرد نحوه استفاده مردم از آهن ربا را نه برای جنگ ، بلکه برای اهداف مسالمت آمیز ، از جمله استفاده از آهن ربا در زیست شناسی ، پزشکی و زندگی روزمره ، پیگیری کنم.

قطب نما ،وسیله ای برای تعیین جهت های افقی روی زمین. برای تعیین جهت حرکت یک دریا ، هواپیما ، وسیله نقلیه زمینی استفاده می شود. مسیری که عابر پیاده در آن قدم می زند ؛ مسیرهایی به سوی یک شی یا نقطه عطف. قطب نما ها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند: قطب نمای مغناطیسی از نوع اشاره گر که توسط توپوگراف ها و گردشگران استفاده می شود و غیر مغناطیسی مانند ژیروسکوپ و قطب نمای رادیویی.

تا قرن 11th. اشاره به پیام شن کوآ و چو یو چینی در مورد ساخت قطب نما از آهنرباهای طبیعی و استفاده از آنها در ناوبری.

یک سوزن بلند ساخته شده از آهنربای طبیعی بر روی محوری تعادل دارد که اجازه می دهد آزادانه در سطح افقی بچرخد ، سپس همیشه یک سر آن به طرف شمال و سر دیگر آن به سمت جنوب است. هنگامی که انتهای آن را به سمت شمال مشخص می کنید ، می تواند از چنین قطب نما برای تعیین جهت استفاده کند.

اثرات مغناطیسی در انتهای چنین سوزنی متمرکز شده است ، و بنابراین آنها قطب (به ترتیب شمال و جنوب) نامیده می شوند.

کاربرد اصلی آهن ربا در مهندسی برق ، مهندسی رادیو ، ساخت ابزار ، اتوماسیون و تله مکانیک است. در اینجا مواد فرو مغناطیسی برای تولید مدارهای مغناطیسی ، رله ها و غیره استفاده می شود.

در سال 1820 ، G. Oersted (1777-1851) کشف کرد که یک هادی به عنوان یک تخلیه بر روی یک سوزن مغناطیسی عمل می کند و آن را می چرخاند. فقط یک هفته بعد ، آمپر نشان داد که دو رسانای موازی با جریان یک جهت به یکدیگر جذب می شوند. بعداً او پیشنهاد کرد که همه پدیده های مغناطیسی ناشی از جریانات هستند و خواص مغناطیسی آهنرباهای دائمی با جریانهایی که دائماً در داخل این آهن ربا در حال گردش هستند ، مرتبط است. این فرض کاملاً با مفاهیم مدرن مطابقت دارد.

ژنراتور ماشین های الکتریکی و موتورهای الکتریکی -ماشین هایی از نوع چرخشی که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی (ژنراتور) یا انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی (موتور) تبدیل می کنند. عملکرد ژنراتورها بر اساس القای الکترومغناطیسی است: نیروی الکتروموتور (EMF) در سیم در حال حرکت در میدان مغناطیسی ایجاد می شود. عملکرد موتورهای الکتریکی بر این واقعیت استوار است که نیرویی روی سیم با جریانی که در میدان مغناطیسی عرضی قرار گرفته است عمل می کند.

دستگاه های مغناطیسی الکتریکیدر چنین دستگاههایی ، از نیروی متقابل میدان مغناطیسی با جریان در پیچهای سیم پیچ قسمت متحرک استفاده می شود ، که تمایل به چرخاندن دومی دارد

کنتورهای برق القایی. متر القایی چیزی بیشتر از یک موتور AC کم مصرف با دو سیم پیچ - جریان و ولتاژ نیست. یک دیسک رسانا که بین سیم پیچ ها قرار می گیرد ، تحت تأثیر گشتاور متناسب با توان مصرفی می چرخد. این لحظه توسط جریانهای القا شده در دیسک توسط یک آهنربای دائمی متعادل می شود ، به طوری که سرعت چرخش دیسک متناسب با توان مصرفی است.

ساعت مچی برقیتغذیه شده توسط باتری مینیاتوری برای کارکردن به قطعات بسیار کمتری نسبت به ساعت مکانیکی نیاز دارند. به عنوان مثال ، یک ساعت قابل حمل معمولی برقی شامل دو آهن ربا ، دو سلف و یک ترانزیستور است.

قفل کردن-یک دستگاه مکانیکی ، الکتریکی یا الکترونیکی که امکان استفاده غیر مجاز از هر چیزی را محدود می کند. قفل را می توان با استفاده از یک دستگاه (کلید) در اختیار شخص خاصی ، اطلاعات (کد دیجیتالی یا الفبایی) وارد شده توسط این شخص ، یا برخی از ویژگی های فردی (به عنوان مثال ، الگوی شبکیه چشم) این شخص استفاده کرد. یک قفل معمولاً به طور موقت دو مجموعه یا دو قسمت را در یک دستگاه به یکدیگر متصل می کند. اغلب قفل ها مکانیکی هستند ، اما قفل های الکترومغناطیسی به طور فزاینده ای استفاده می شوند.

قفل های مغناطیسی. برخی از مدلها در قفل سیلندر خود دارای عناصر مغناطیسی هستند. قفل و کلید مجهز به مجموعه کد مغناطیس دائمی هستند. هنگامی که کلید صحیح در سوراخ کلید وارد می شود ، عناصر مغناطیسی داخلی قفل را جذب کرده و در آن قرار می گیرد ، که باعث می شود قفل باز شود.

دینامومتر -وسیله ای مکانیکی یا الکتریکی برای اندازه گیری نیروی رانش یا گشتاور ماشین ، ماشین ابزار یا موتور.

دینامومترهای ترمزدر طرح های مختلف ؛ اینها به عنوان مثال ، ترمز Proni ، ترمزهای هیدرولیکی و الکترومغناطیسی هستند.

دینامومتر الکترومغناطیسیمی تواند در قالب یک دستگاه مینیاتوری ساخته شود ، مناسب برای اندازه گیری ویژگی های موتورهای کوچک.

گالوانومتر- دستگاه حساس برای اندازه گیری جریانهای ضعیف گالوانومتر از گشتاور ایجاد شده توسط برهم کنش آهنربای دائمی نعل اسبی با سیم پیچ کوچک حامل جریان (الکترومغناطیس ضعیف) معلق در شکاف بین قطب های آهن ربا استفاده می کند. گشتاور ، و در نتیجه انحراف سیم پیچ ، متناسب با جریان و القای مغناطیسی کل در فاصله هوا است ، به طوری که مقیاس دستگاه تقریباً خطی با انحرافات کوچک سیم پیچ است. انواع رایج دستگاه ها

طیف وسیعی از دستگاه های تولید شده گسترده و متنوع است: تابلوهای برق DC و AC (مغناطیس الکتریکی ، مغناطیس الکتریکی با یکسو کننده و سیستم های الکترومغناطیسی) ، دستگاه های آمپر ولت متر ترکیبی برای تشخیص و تنظیم تجهیزات الکتریکی خودروها ، اندازه گیری دمای سطوح مسطح ، دستگاه های تجهیز کلاسهای درس ، آزمایشکنندگان و پارامترهای الکتریکی

تولید مواد سایندهذرات کوچک ، سخت و تیز به صورت شل یا بسته برای پردازش مکانیکی (از جمله شکل دادن ، خشن شدن ، سنگ زنی ، پرداخت) مواد مختلف و محصولات ساخته شده از آنها (از صفحات بزرگ فولادی گرفته تا ورق های تخته سه لا ، شیشه های نوری و ریز مدارهای رایانه ای استفاده می شود. طبیعی یا مصنوعی عمل ساینده ها به حذف بخشی از مواد از سطح تیمار کاهش می یابد. در حین تولید ساینده های مصنوعی ، فروسیلیسیم موجود در مخلوط تا ته کوره ته نشین می شود ، اما مقادیر کمی از آن در ساینده جاسازی شده و بعداً توسط آهنربا حذف می شود.

خواص مغناطیسی ماده به طور وسیعی در علم و فناوری به عنوان وسیله ای برای مطالعه ساختار اجسام مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. این چگونه است علوم پایه:

شیمی مغناطیسی(مغناطیس شیمی) - بخشی از شیمی فیزیکی که رابطه بین خواص مغناطیسی و شیمیایی مواد را مطالعه می کند. علاوه بر این ، مغناطیس شیمی تأثیر میدانهای مغناطیسی را بر روی فرایندهای شیمیایی مطالعه می کند. مگنتوشیمی بر اساس فیزیک مدرن پدیده های مغناطیسی است. مطالعه رابطه بین خواص مغناطیسی و شیمیایی امکان روشن شدن ویژگی های ساختار شیمیایی یک ماده را فراهم می آورد.

تشخیص عیب مغناطیسی، روشی برای جستجوی نقص ، بر اساس مطالعه اعوجاج میدان مغناطیسی ناشی از نقص در محصولات ساخته شده از مواد فرومغناطیس.

. فناوری مایکروویو

محدوده فرکانس فوق العاده بالا (UHF) - محدوده فرکانسی تابش الکترومغناطیسی (100-300.000 میلیون هرتز) ، واقع در طیف بین فرکانس های فوق العاده بالای تلویزیون و فرکانس های مادون قرمز دور

ارتباط.امواج رادیویی مایکروویو به طور گسترده ای در فناوری ارتباطات استفاده می شود. علاوه بر سیستم های مختلف رادیویی نظامی ، پیوندهای تجاری متعددی از مایکروویو در سراسر جهان وجود دارد. از آنجا که این امواج رادیویی از انحنای سطح زمین پیروی نمی کنند ، بلکه در یک خط مستقیم منتشر می شوند ، این پیوندهای ارتباطی معمولاً شامل ایستگاه های رله ای است که بر روی تپه ها نصب شده اند. یا در برج های رادیویی در فواصل حدود 50 کیلومتری.

عملیات حرارتی محصولات غذایی.تابش مایکروویو برای عملیات حرارتی محصولات غذایی در خانه و صنایع غذایی استفاده می شود. انرژی تولید شده توسط لوله های خلا قوی را می توان در حجم کمی برای پخت بسیار کارآمد متمرکز کرد اجاق های مایکروویو یا مایکروویو تمیز ، بی صدا و جمع و جور هستند. چنین وسایلی در آشپزخانه های داخل هواپیما ، واگن های راه آهن و ماشین های فروش اتومبیل استفاده می شود ، جایی که تهیه و پخت فست فود مورد نیاز است. این صنعت همچنین اجاق های مایکروویو را برای مصارف خانگی تولید می کند.

پیشرفت سریع در زمینه فناوری مایکروویو تا حد زیادی با اختراع دستگاههای مخصوص خلاء - مگنترون و کلسترون ، که قادر به تولید مقادیر زیادی انرژی مایکروویو هستند ، مرتبط است. ژنراتور روی یک تریود خلاء معمولی که در فرکانسهای پایین در محدوده مایکروویو استفاده می شود ، بسیار بی اثر است.

مگنترون.در مگنترون ، که در بریتانیای کبیر قبل از جنگ جهانی دوم اختراع شد ، این معایب وجود ندارد ، زیرا رویکرد کاملاً متفاوتی برای ایجاد تابش مایکروویو به عنوان مبنای اصلی در نظر گرفته شده است - اصل رزوناتور حجم

مگنترون دارای چندین رزوناتور حفره است که به طور متقارن در اطراف کاتد واقع در مرکز قرار گرفته است. دستگاه بین قطب ها قرار می گیرد. آهنربای قوی.

لوله موج مسافرتی (TWT).یکی دیگر از دستگاههای خلاء برای تولید و تقویت امواج الکترومغناطیسی در محدوده UHF ، لامپ موج در حال حرکت است. این یک لوله تخلیه نازک است که در یک سیم پیچ مغناطیسی متمرکز قرار می گیرد.

شتاب دهنده ذرات, تاسیساتی که در آن پرتوهای الکترون ، پروتون ، یون و سایر ذرات باردار با انرژی بیش از انرژی حرارتی با کمک میدانهای الکتریکی و مغناطیسی به دست می آیند.

انواع متعدد و متنوعی از فناوری در شتاب دهنده های مدرن ، از جمله استفاده می شود. آهنرباهای دقیق قدرتمند

در درمان و تشخیص پزشکی ،شتاب دهنده ها نقش عملی مهمی را ایفا می کنند. امروزه بسیاری از بیمارستان های جهان دارای شتاب دهنده های خطی الکترونیکی کوچکی هستند که اشعه ایکس شدید برای درمان تومور ایجاد می کنند. سیکلوترونها یا سنکروترونها که پرتوهای پروتون تولید می کنند به میزان کمتری مورد استفاده قرار می گیرند. مزیت پروتون ها در درمان تومور نسبت به اشعه ایکس ، انتشار بیشتر انرژی موضعی است. بنابراین ، پروتون درمانی به ویژه در درمان تومورهای مغزی و چشمی م ،ثر است ، هنگامی که آسیب به بافت سالم اطراف باید تا حد ممکن حداقل باشد.

نمایندگان علوم مختلف در تحقیقات خود زمینه های مغناطیسی را در نظر می گیرند. یک فیزیکدان میدان های مغناطیسی اتم ها و ذرات بنیادی را اندازه گیری می کند ، یک ستاره شناس نقش میدان های کیهانی را در شکل گیری ستارگان جدید مطالعه می کند ، یک زمین شناس بر اساس ناهنجاری های میدان مغناطیسی زمین رسوبات سنگ های مغناطیسی را جستجو می کند و اخیراً زیست شناسی نیز به طور فعال در مطالعه و استفاده از آهن ربا مشارکت داشت.

علم بیولوژیکیدر نیمه اول قرن بیستم ، او با اطمینان عملکردهای زندگی را توصیف کرد ، و وجود میدانهای مغناطیسی را کاملاً نادیده گرفت. علاوه بر این ، برخی از زیست شناسان تأکید کردند که حتی یک میدان مغناطیسی مصنوعی قوی هیچ تاثیری بر اجسام بیولوژیکی نمی گذارد.

در دائرclالمعارفها چیزی در مورد تأثیر میدانهای مغناطیسی بر فرایندهای بیولوژیکی گفته نشده است. در ادبیات علمی کل جهان ، هر سال ملاحظات مثبت جداگانه ای در مورد یک اثر بیولوژیکی میدان مغناطیسی ظاهر می شد. با این حال ، این قطره ضعیف می تواند کوه یخ بی اعتمادی را حتی در فرمول بندی خود مشکل ذوب کند ... و ناگهان این چکه به یک جریان طوفانی تبدیل شد. بهمن نشریات مغناطیبیولوژیکی ، گویی از برخی قله ها سقوط کرده است ، از ابتدای دهه 60 به طور مداوم در حال افزایش بوده و اظهارات مشکوک را غرق کرده است.

از کیمیاگران قرن شانزدهم تا به امروز ، اثر بیولوژیکی آهنربا بارها طرفداران و منتقدان پیدا کرده است. در طول چندین قرن ، فراز و نشیب هایی در مورد علاقه درمانی آهنربا وجود داشته است. آنها با کمک آن سعی کردند بیماری های عصبی ، دندان درد ، بی خوابی ، درد در کبد و معده - صدها بیماری (و نه ناموفق) را درمان کنند.

برای اهداف دارویی ، مگنتال شروع به استفاده کرد ، احتمالاً زودتر از تعیین نقاط اصلی.

آهن ربا به عنوان یک داروی خارجی محلی و به عنوان یک حرز ، در بین چینی ها ، هندوها ، مصری ها و اعراب از موفقیت بزرگی برخوردار بود. یونانیان ، رومیان و غیره ارسطو فیلسوف و پلینی مورخ خواص دارویی آن را در نوشته های خود ذکر کرده اند.

در نیمه دوم قرن بیستم ، دستبندهای مغناطیسی گسترده شد و بر بیماران مبتلا به اختلال فشار خون (فشار خون بالا و افت فشار خون) تأثیر مثبت گذاشت.

بیشتر از همه ، دانشمندان تمایل دارند که میدانند میدان مغناطیسی مقاومت بدن را افزایش می دهد.

روش مغناطیسی برای حذف ذرات فلزی از چشم به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد.

اکثر ما با مطالعه کار قلب با استفاده از سنسورهای الکتریکی - الکتروکاردیوگرام آشنا هستیم. تکانه های الکتریکی تولید شده توسط قلب ، میدان مغناطیسی قلب را ایجاد می کند که حداکثر مقدار آن 10-6 از قدرت میدان مغناطیسی زمین است. ارزش مگنتوکاردیوگرافی این است که به شما امکان می دهد در مورد نواحی "خاموش" الکتریکی قلب اطلاعات کسب کنید.

لازم به ذکر است که زیست شناسان در حال حاضر از فیزیکدانان می خواهند که نظریه ای در مورد مکانیسم اولیه عمل بیولوژیکی میدان مغناطیسی ارائه دهند و فیزیکدانان نیز در پاسخ ، از بیولوژیک ها حقایق بیولوژیکی تأیید شده بیشتری می خواهند. بدیهی است که همکاری نزدیک متخصصان مختلف موفق خواهد بود.

یک پیوند مهم که مشکلات بیولوژیکی مغناطیسی را متحد می کند ، واکنش سیستم عصبی به میدانهای مغناطیسی است. این مغز است که اولین کسی است که به هرگونه تغییر در محیط خارجی واکنش نشان می دهد. این مطالعه واکنش های آن است که کلید حل بسیاری از مشکلات مگنتوبیولوژی خواهد بود.

ساده ترین نتیجه ای که از موارد فوق می توان گرفت این است که هیچ منطقه ای از فعالیت های کاربردی بشر در جایی که از آهن ربا استفاده نمی شود وجود ندارد.

منابع:

1) TSB ، چاپ دوم ، مسکو ، 1957.

2) Yu.A. Kholodov "مرد در شبکه مغناطیسی" ، "دانش" ، مسکو ، 1972

3) مطالبی از اینترنت - دائرclالمعارف

4) پوتیلوف K.A. "دوره فیزیک" ، "فیزمتگیز" ، مسکو ، 1964.