همه مدتهاست به چنین جسمی مانند آهنربا عادت کرده اند. ما چیز خاصی در آن نمی بینیم. ما معمولاً آن را با درس های فیزیک یا نمایشی در قالب ترفندهایی از خواص آهنربا برای کودکان پیش دبستانی مرتبط می کنیم. و به ندرت کسی به این فکر می کند که چقدر آهن ربا در زندگی روزمره ما را احاطه کرده است. ده ها مورد از آنها در هر آپارتمان وجود دارد. یک آهنربا در دستگاه هر بلندگو، ضبط صوت، تیغ برقی، ساعت وجود دارد. حتی یک شیشه میخ هم یکی است.
و چه چیز دیگری؟
ما - مردم - از این قاعده مستثنی نیستیم. به لطف جریان زیستی که در بدن جریان دارد، یک الگوی نامرئی از خطوط نیروی آن در اطراف ما وجود دارد. زمین یک آهنربای بزرگ است. و حتی با شکوه تر - توپ پلاسمایی خورشید. ابعاد کهکشان‌ها و سحابی‌ها که برای ذهن انسان غیرقابل درک است، به ندرت اجازه این ایده را می‌دهد که همه اینها آهنربا هستند.
علم مدرن مستلزم ایجاد آهنرباهای جدید بزرگ و فوق العاده قدرتمند است که زمینه های کاربرد آنها با همجوشی گرما هسته ای، تولید انرژی الکتریکی، شتاب ذرات باردار در سنکروترون ها، بلند کردن کشتی های غرق شده مرتبط است. با استفاده از خواص مغناطیسی یک میدان فوق العاده قوی ایجاد کنیدآهنربا یکی از مشکلات فیزیک مدرن است.
روشن کردن مفاهیم
میدان مغناطیسی نیرویی است که بر اجسام دارای بار در حال حرکت وارد می شود. با اجسام ساکن (یا بدون بار) "کار نمی کند" و به عنوان شکلی از میدان الکترومغناطیسی عمل می کند که به عنوان یک مفهوم کلی تر وجود دارد.
اگر اجسام بتوانند یک میدان مغناطیسی در اطراف خود ایجاد کنند و نیروی تأثیر آن را خودشان تجربه کنند، به آنها آهنربا می گویند. یعنی این اجسام مغناطیسی می شوند (لمان مربوطه را دارند).
مواد مختلف به یک میدان خارجی واکنش متفاوتی نشان می دهند. آنهایی که عمل آن را در درون خود ضعیف می کنند، پارامغناطیس و آنهایی که آن را تقویت می کنند دیامغناطیس نامیده می شوند. هر ماده خاصیت تقویت یک میدان مغناطیسی خارجی را هزار برابر دارد. اینها فرومغناطیس (کبالت، نیکل با آهن، گادولینیوم و همچنین ترکیبات و آلیاژهای فلزات ذکر شده) هستند. آنهایی از آنها که تحت تأثیر یک میدان خارجی قوی قرار گرفته اند، خود خواص مغناطیسی پیدا می کنند، مغناطیسی سخت نامیده می شوند. برخی دیگر که فقط تحت تأثیر مستقیم میدان قادرند مانند آهنربا رفتار کنند و با ناپدید شدن آن دیگر مانند آهنربا رفتار کنند، مغناطیسی نرم هستند.
کمی از تاریخ
مردم از زمان های بسیار بسیار قدیم به مطالعه خواص آهنرباهای دائمی پرداخته اند. آنها در نوشته های دانشمندان یونان باستان تا 600 سال قبل از میلاد ذکر شده اند. آهن رباهای طبیعی (منشا طبیعی) را می توان در ذخایر سنگ مغناطیسی یافت. معروف ترین آهنرباهای طبیعی بزرگ در تارتو نگهداری می شوددانشگاه وزن آن 13 کیلوگرم است و باری که با کمک آن می توان بلند کرد 40 کیلوگرم است.
بشر یاد گرفته است که با استفاده از فرومغناطیس های مختلف آهنرباهای مصنوعی ایجاد کند. ارزش پودر (از کبالت، آهن و غیره) در توانایی نگه داشتن باری به وزن 5000 برابر وزن خود نهفته است. نمونه‌های مصنوعی می‌توانند دائمی (به‌دست‌آمده از مواد مغناطیسی سخت) یا الکترومغناطیس‌های دارای هسته باشند که ماده آن آهن مغناطیسی نرم است. میدان ولتاژ در آنها به دلیل عبور جریان الکتریکی از سیم های سیم پیچ که توسط هسته احاطه شده است ایجاد می شود.
اولین کتاب جدی حاوی تلاش هایی برای مطالعه علمی خواص آهنربا کار پزشک لندنی گیلبرت بود که در سال ۱۶۰۰ منتشر شد. این اثر شامل کل اطلاعات موجود در آن زمان در مورد مغناطیس و الکتریسیته و همچنین آزمایشات نویسنده است.
انسان سعی می کند هر یک از پدیده های موجود را با زندگی عملی تطبیق دهد. البته آهنربا نیز از این قاعده مستثنی نبود.
چگونگی استفاده از آهنربا
بشریت چه خواصی از آهنربا را پذیرفته است؟ دامنه آن به قدری گسترده است که تنها می توانیم به طور خلاصه به اصلی ترین و معروف ترین دستگاه ها و برنامه های کاربردی این آیتم فوق العاده بپردازیم.
قطب نما وسیله ای شناخته شده برای تعیین جهت روی زمین است. به لطف او، آنها راه را برای هواپیماها و کشتی ها، حمل و نقل زمینی و اهداف ترافیکی عابران پیاده هموار می کنند. اینهادستگاه ها می توانند مغناطیسی (نوع اشاره گر)، مورد استفاده گردشگران و توپوگرافی ها، یا غیر مغناطیسی (قطب نمای رادیویی و آبی) باشند.
اولین قطب نماها از آهنرباهای طبیعی در قرن یازدهم ساخته شد و در ناوبری استفاده شد. عمل آنها بر اساس چرخش آزاد در صفحه افقی یک سوزن بلند ساخته شده از مواد مغناطیسی است که روی محور متعادل است. یکی از انتهای آن همیشه به سمت جنوب است، دیگری - شمال. بنابراین، شما همیشه می توانید به طور دقیق مسیرهای اصلی را در مورد نقاط اصلی پیدا کنید.
کره های اصلی
زمینه هایی که خواص آهنربا کاربرد اصلی خود را پیدا کرده اند - مهندسی رادیو و برق، ابزار دقیق، اتوماسیون و تله مکانیک. رله ها، مدارهای مغناطیسی و غیره از مواد فرومغناطیسی به دست می آیند.در سال 1820 خاصیت هادی حامل جریان برای عمل بر روی سوزن آهنربا کشف شد و آن را وادار به چرخش کرد. در همان زمان، کشف دیگری انجام شد - یک جفت رسانای موازی، که جریان هم جهت از آنها عبور می کند، دارای خاصیت جذب متقابل است.
به همین دلیل، فرضی در مورد علت خواص آهنربا ایجاد شد. همه این پدیده ها در ارتباط با جریان ها، از جمله جریان هایی که در داخل مواد مغناطیسی در گردش هستند، به وجود می آیند. ایده های مدرن در علم کاملاً با این فرض سازگار است.
درباره موتورها و ژنراتورها
بر اساس آن، انواع بسیاری از موتورهای الکتریکی و ژنراتورهای الکتریکی ایجاد شده است، یعنی ماشین هایی از نوع چرخشی، که اصل عملکرد آنها مبتنی بر تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی است. سخن، گفتارما در مورد ژنراتورها) یا الکتریکی تا مکانیکی (در مورد موتورها) صحبت می کنیم. هر ژنراتوری بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می کند، یعنی EMF (نیروی محرکه الکتریکی) در سیمی رخ می دهد که در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند. موتور الکتریکی بر اساس پدیده وقوع نیرو در سیم با جریانی که در یک میدان عرضی قرار می گیرد کار می کند.
با استفاده از قدرت برهمکنش میدان با جریانی که از پیچ های سیم پیچ قطعات متحرک آنها می گذرد، دستگاه هایی به نام مغناطیسی کار می کنند. یک کنتور برق القایی به عنوان یک موتور AC جدید قدرتمند با دو سیم پیچ عمل می کند. دیسک رسانا که بین سیم‌پیچ‌ها قرار دارد، با گشتاوری متناسب با توان ورودی، تحت چرخش قرار می‌گیرد.
و در زندگی روزمره؟
ساعت های مچی برقی با باتری مینیاتوری برای همه آشنا هستند. دستگاه آنها، به لطف استفاده از یک جفت آهنربا، یک جفت سلف و یک ترانزیستور، از نظر تعداد قطعات موجود بسیار ساده تر از ساعت های مکانیکی است.
قفل های نوع الکترومغناطیسی یا قفل های سیلندر مجهز به عناصر مغناطیسی به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرند. در آنها، هر دو کلید و قفل مجهز به یک مجموعه ترکیبی هستند. هنگامی که کلید صحیح به خوبی وارد قفل می شود، عناصر داخلی قفل مغناطیسی به موقعیت مورد نظر جذب می شوند که امکان باز شدن آن را فراهم می کند.
دستگاه دینامومتر و گالوانومتر (دستگاه بسیار حساسی که با آن جریان های ضعیف اندازه گیری می شود) بر اساس عملکرد آهنرباها ساخته شده است. خواص آهنربا در ساخت مواد ساینده کاربرد پیدا کرده است. بنابراینذرات ریز و بسیار سخت تیز نامیده می شوند که برای پردازش مکانیکی (سنگ زدن، صیقل دادن، خشن کردن) انواع اجسام و مواد مورد نیاز هستند. در طی تولید آنها، فروسیلیس که در ترکیب مخلوط ضروری است، تا حدی در کف کوره ها ته نشین می شود و تا حدی به ترکیب ساینده وارد می شود. برای حذف آن از آنجا به آهنربا نیاز است.
علم و ارتباطات
به دلیل خواص مغناطیسی مواد، علم توانایی مطالعه ساختار اجسام مختلف را دارد. فقط می توان به مغناطیس شیمی یا تشخیص عیب مغناطیسی (روش تشخیص عیوب با مطالعه اعوجاج میدان مغناطیسی در نواحی خاصی از محصولات) اشاره کرد.
همچنین در تولید تجهیزات مایکروویو، سیستم های ارتباط رادیویی (خطوط نظامی و تجاری)، عملیات حرارتی، هم در خانه و هم در صنایع غذایی (اجاق های مایکروویو برای همه شناخته شده است) استفاده می شود. تقریباً غیرممکن است که بتوان همه پیچیده ترین ابزارها و کاربردهای فنی را که امروزه در آنها از خواص مغناطیسی مواد استفاده می شود در چارچوب یک مقاله برشمرد.
رشته پزشکی
حوزه تشخیص و درمان پزشکی نیز از این قاعده مستثنی نبود. به لطف شتاب دهنده های خطی الکترونی که اشعه ایکس تولید می کنند، درمان تومور انجام می شود، پرتوهای پروتون در سیکلوترون ها یا سینکروترون ها تولید می شوند که نسبت به اشعه ایکس در جهت موضعی و افزایش کارایی در درمان تومورهای چشم و مغز مزایایی دارند..
در مورد بیولوژیکیعلم، حتی قبل از اواسط قرن گذشته، عملکردهای حیاتی بدن به هیچ وجه با وجود میدان های مغناطیسی مرتبط نبود. متون علمی گهگاه با پیام های واحدی در مورد یکی از اثرات پزشکی آنها پر می شد. اما از دهه شصت، انتشارات در مورد خواص بیولوژیکی آهنربا یک بهمن بوده است.
آن زمان و اکنون
با این حال، در اوایل قرن شانزدهم تلاش هایی برای درمان مردم با آن توسط کیمیاگران انجام شد. تلاش های موفقیت آمیز زیادی برای درمان دندان درد، ناراحتی های عصبی، بی خوابی و بسیاری از مشکلات اندام های داخلی صورت گرفته است. به نظر می رسد که آهنربا در پزشکی کاربرد خود را دیرتر از ناوبری پیدا کرد.
در نیم قرن گذشته، دستبندهای مغناطیسی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته اند، که در بین بیماران مبتلا به فشار خون ضعیف محبوبیت زیادی داشته است. دانشمندان به طور جدی به توانایی آهنربا در افزایش مقاومت بدن انسان اعتقاد داشتند. آنها با کمک دستگاه های الکترومغناطیسی یاد گرفتند که سرعت جریان خون را اندازه گیری کنند، نمونه برداری کنند یا داروهای لازم را از کپسول تزریق کنند.
آهنربا ذرات کوچک فلزی را که در چشم افتاده اند از بین می برد. عملکرد سنسورهای الکتریکی بر اساس عملکرد آن است (هر یک از ما با روش گرفتن الکتروکاردیوگرام آشنا هستیم). در زمان ما، همکاری فیزیکدانان با زیست شناسان برای مطالعه مکانیسم های اساسی تأثیر میدان مغناطیسی بر بدن انسان نزدیک تر و ضروری تر می شود.
آهنربای نئودیمیم: خواص و کاربردها
آهنرباهای نئودیمیم بیشترین تأثیر را بر سلامت انسان دارند. آنها شاملنئودیمیم، آهن و بور. فرمول شیمیایی آنها NdFeB است. مزیت اصلی چنین آهنربایی تأثیر قوی میدان آن با اندازه نسبتاً کوچک است. بنابراین، وزن آهنربا با نیروی 200 گاوس حدود 1 گرم است. برای مقایسه، یک آهنربای آهنی با قدرت برابر وزنی حدود 10 برابر بیشتر دارد.
یکی دیگر از مزیت های بدون شک آهنرباهای ذکر شده، پایداری خوب و قابلیت حفظ کیفیت های مطلوب برای صدها سال است. در طول یک قرن، یک آهنربا خواص خود را تنها 1٪ از دست می دهد.
دقیقاً چگونه آهنرباهای نئودیمیوم درمان می شوند؟
گردش خون را بهبود می بخشد، فشار خون را تثبیت می کند، با میگرن مبارزه می کند.
خواص آهنرباهای نئودیمیوم حدود 2000 سال پیش برای درمان استفاده شد. اشاره به این نوع درمان در دست نوشته های چین باستان یافت می شود. درمان سپس با استفاده از سنگ های مغناطیسی به بدن انسان بود.
درمان نیز به شکل چسباندن آنها به بدن وجود داشت. این افسانه ادعا می کند که کلئوپاترا سلامتی عالی و زیبایی غیرمعمول خود را مدیون پوشیدن مداوم یک باند مغناطیسی بر روی سر خود است. در قرن دهم میلادی، دانشمندان ایرانی تأثیر مفید خواص آهنرباهای نئودیمیم را بر بدن انسان در صورت از بین بردن التهاب و اسپاسم عضلانی به تفصیل شرح دادند. با توجه به شواهد باقی مانده از آن زمان، می توان استفاده از آنها را برای افزایش قدرت عضلانی، استحکام استخوان و کاهش درد مفاصل قضاوت کرد.
از همه بیماری ها…
شواهد اثربخشی چنین تأثیری در سال 1530 منتشر شدسال توسط دکتر معروف سوئیسی پاراسلسوس. دکتر در نوشته های خود خواص جادویی یک آهنربا را توصیف کرد که می تواند نیروهای بدن را تحریک کرده و باعث خوددرمانی شود. در آن روزها بر تعداد زیادی از بیماری ها با استفاده از آهنربا غلبه می شد.
خوددرمانی با کمک این دارو در سالهای پس از جنگ (1861-1865) در ایالات متحده آمریکا رایج شد، زمانی که داروها به طور قطعی کمبود داشتند. از آن هم به عنوان دارو و هم به عنوان مسکن استفاده کرد.
از قرن بیستم، خواص درمانی آهنربا توجیه علمی دریافت کرده است. در سال 1976، دکتر ژاپنی نیکاگاوا مفهوم سندرم کمبود میدان مغناطیسی را معرفی کرد. تحقیقات علائم دقیق آن را مشخص کرده است. آنها شامل ضعف، خستگی، کاهش عملکرد و اختلالات خواب هستند. همچنین میگرن، درد مفاصل و ستون فقرات، مشکلات سیستم گوارشی و قلبی عروقی به شکل افت فشار خون یا فشار خون بالا وجود دارد. مربوط به سندرم و رشته زنان و تغییرات پوستی است. با استفاده از مغناطیس درمانی، می توان این شرایط را با موفقیت کاملاً عادی کرد.
علم ساکن نیست
دانشمندان به آزمایش میدان های مغناطیسی ادامه می دهند. آزمایش ها هم روی حیوانات و پرندگان و هم روی باکتری ها انجام می شود. شرایط یک میدان مغناطیسی ضعیف، موفقیت فرآیندهای متابولیک را در پرندگان و موش‌های آزمایشی کاهش می‌دهد، باکتری‌ها به طور ناگهانی تکثیر می‌شوند. با کمبود میدان طولانی مدت، بافت‌های زنده دچار تغییرات غیرقابل برگشتی می‌شوند.
مبارزه با همه این پدیده ها و ناشی ازمغناطیس درمانی به عنوان چنین توسط آنها با عواقب منفی متعدد استفاده می شود. به نظر می رسد در حال حاضر تمام خواص مفید آهنربا هنوز به اندازه کافی مورد مطالعه قرار نگرفته است. پزشکان اکتشافات جالب و پیشرفت های جدید زیادی در پیش دارند.
