Magnet

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 11. června 2022; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Magnet  je těleso, které má své vlastní magnetické pole . Možná to slovo pochází z jiné řečtiny. Μαγνῆτις λίθος ( Magnētis líthos ), "kámen z Magnesia " - z názvu oblasti Magnesia a starověkého města Magnesia v Malé Asii [1] [2] , kde byla ve starověku objevena ložiska magnetitu . [3]

Za nejjednodušší a nejmenší magnet lze považovat elektron . Magnetické vlastnosti všech ostatních magnetů jsou způsobeny magnetickými momenty elektronů uvnitř nich. Elektromagnetickou interakci z pohledu kvantové teorie pole nese bezhmotný boson  - foton (částice, kterou lze znázornit jako kvantovou excitaci elektromagnetického pole).

Permanentní magnet  je výrobek vyrobený zferomagnetuschopného udržetzbytkovou magnetizacipo vypnutí vnějšího magnetického pole. Materiály běžně používané pro permanentní magnety jsouželezo,nikl,kobalt, některéslitiny vzácných zemin(jako napříkladneodymové magnety) a některé přirozeně se vyskytující minerály, jako jsoumagnetity. Permanentní magnety se používají jako autonomní (energii nespotřebovávající) zdroje magnetického pole. Vlastnosti magnetu jsou určeny charakteristikou demagnetizační částimagnetické hystereznímateriálu magnetu: čím vyšší je zbytkováindukce B r akoercitivní síla H c , tím vyšší je magnetizace a stabilita magnetu. Charakteristická pole permanentních magnetů jsou do 1T(10 kg).

Elektromagnet  je zařízení, jehož magnetické pole vzniká pouze připrotékání elektrického proudu. Zpravidla se jedná osolenoidovous feromagnetickým (obvykle železným) jádrem vloženým uvnitř s vysokoumagnetickou permeabilitou . Charakteristická pole elektromagnetů 1,5-2 T jsou určena takzvanou saturacíželeza, to znamená prudkým poklesem diferenciální magnetické permeability při vysokých hodnotách magnetického pole.

Historie objevů

Stará legenda vypráví o pastýři jménem Magnus (v příběhu Lva Tolstého pro děti „Magnet“ se tento pastýř jmenuje Magnis). Jednou zjistil, že železná špička jeho hole a nehty jeho bot byly přitahovány k černému kameni. Tomuto kameni se začalo říkat „magnusův kámen“ nebo jednoduše „magnet“ podle názvu oblasti, kde se těžila železná ruda (horské kopce Magnesia v Malé Asii). Již mnoho staletí před naším letopočtem bylo známo, že určité horniny mají tu vlastnost, že přitahují kusy železa. Zmínil se o něm v 6. století př. n. l. řecký fyzik a filozof Thales . První vědeckou studii vlastností magnetu provedl ve 13. století vědec Peter Peregrinus . V roce 1269 vyšla jeho esej „The Book of the Magnet“, kde psal o mnoha faktech magnetismu: magnet má dva póly, které vědec nazval severní a jižní; je nemožné oddělit póly od sebe zlomením. Peregrine také psal o dvou typech interakce mezi póly – přitažlivosti a odpuzování. Ve 12.-13. století našeho letopočtu se magnetické kompasy již používaly v navigaci v Evropě , Číně a dalších zemích světa [4] .

V roce 1600 vydal anglický lékař William Gilbert knihu On the Magnet. K již známým faktům přidal Hilbert důležité postřehy: zesílení působení magnetických pólů železnými armaturami, ztráta magnetismu při zahřátí a další. V roce 1820 se dánský fyzik Hans Christian Oersted na přednášce pokusil svým studentům demonstrovat absenci spojení mezi elektřinou a magnetismem zapnutím elektrického proudu poblíž magnetické jehly. Podle jednoho z jeho posluchačů byl doslova „ohromen“, když viděl, že magnetická střelka po zapnutí proudu začala kmitat. Oerstedovou velkou zásluhou je, že ocenil význam svého pozorování a experiment zopakoval. Po spojení pólů galvanické baterie dlouhým drátem Oersted prodloužil drát vodorovně a paralelně s volně zavěšenou magnetickou jehlou. Jakmile byl proud zapnut, šipka se okamžitě odchýlila a snažila se stát kolmo ke směru drátu. Když se změnil směr proudu, šipka se odchýlila opačným směrem. Oersted brzy dokázal, že magnet působí určitou silou na drát, kterým prochází proud.

Velký význam měl objev interakce mezi elektrickým proudem a magnetem. Byl to začátek nové éry v doktríně elektřiny a magnetismu. Tato interakce hrála důležitou roli ve vývoji techniky fyzikálního experimentu.

Když se francouzský fyzik Dominique Francois Arago dozvěděl o Oerstedově objevu, zahájil sérii experimentů. Skleněnou trubici omotal měděným drátem, do kterého vložil železnou tyč. Jakmile byl elektrický obvod uzavřen , tyč se silně zmagnetizovala a železné klíče se pevně přilepily na její konec; při vypnutí napájení spadly klíče. Arago považoval vodič, kterým protéká proud, za magnet. Správné vysvětlení tohoto jevu bylo podáno po výzkumu francouzského fyzika André Ampèrea , který vytvořil vnitřní vztah mezi elektřinou a magnetismem. V září 1820 informoval Francouzskou akademii věd o svých výsledcích.

Poté Ampere ve svém „stroji“ nahradil rám volně zavěšeným spirálovým vodičem. Tento drát, když jím procházel proud, získal vlastnost magnetu. Ampere tomu říkal solenoid. Na základě magnetických vlastností solenoidu Ampère navrhl považovat magnetismus za jev způsobený kruhovými proudy. Věřil, že magnet se skládá z molekul, ve kterých jsou kruhové proudy. Každá molekula je malý magnet, umístěný se stejnými póly ve stejném směru, tyto malé magnety tvoří magnet. Průchodem magnetu po ocelovém pásu (několikrát stejným směrem) nutíme molekuly kruhovými proudy, aby se orientovaly v prostoru stejným způsobem. Ocelová deska se tak změní na magnet. Nyní se vyjasnila zkušenost Arago se skleněnou trubicí obalenou měděným drátem. Železná tyč zasunutá do ní se stala magnetem, protože kolem ní protékal proud. Byl to elektromagnet.

V roce 1825 anglický inženýr William Sturgeon vyrobil první elektromagnet , což byla ohnutá tyč z měkkého železa obalená silným měděným drátem. Pro izolaci od vinutí byla tyč nalakována. Když proud prošel, železná tyč získala vlastnosti silného magnetu, ale když byl proud přerušen, okamžitě je ztratil. Právě tato vlastnost elektromagnetů umožnila jejich široké využití v technologii.

Magnetické materiály

Termín "magnet" se obecně používá k označení objektů, které mají své vlastní magnetické pole i v nepřítomnosti aplikovaného magnetického pole. To je možné pouze u určitých tříd materiálů. Ve většině materiálů se magnetické pole objevuje ve spojení s aplikovaným vnějším magnetickým polem; tento jev je známý jako magnetismus. Existuje několik typů magnetismu a každý materiál má alespoň jeden z nich.

Obecně se chování magnetického materiálu může značně lišit v závislosti na struktuře materiálu a v neposlední řadě na jeho elektronické konfiguraci . Existuje několik typů interakce materiálu s magnetickým polem, včetně:

Existují také jiné typy magnetismu, jako jsou rotující brýle , superparamagnetismus , superdiamagnetismus a metamagnetismus .

Jednotky měření

V soustavě SI je jednotkou magnetického toku weber ( Wb ), magnetická permeabilita  - henry na metr ( H / m ), síla magnetického pole  - ampér na metr (A / m), indukce magnetického pole - tesla .

Weber  - magnetický tok, když klesne na nulu v obvodu s ním spojeném s odporem 1 ohm , množství elektřiny projde 1 přívěskem .

Henry  je mezinárodní jednotka indukčnosti a vzájemné indukce. Pokud má vodič indukčnost 1 H a proud v něm se rovnoměrně mění o 1 A za sekundu, pak se na jeho koncích indukuje EMF 1 volt. 1 henry = 1,00052 10 9 absolutních elektromagnetických jednotek indukčnosti.

Tesla  je jednotka indukce magnetického pole v SI, číselně se rovná indukci takového homogenního magnetického pole, ve kterém na 1 metr délky přímého vodiče kolmého k vektoru magnetické indukce působí síla 1 newtonu, přičemž proud 1 ampér.

Použití magnetů

Magnetické hračky

Lékařské a bezpečnostní otázky

Vzhledem k tomu, že lidské tkáně mají velmi nízkou úroveň náchylnosti ke statickému magnetickému poli , neexistují žádné vědecké důkazy o jeho účinnosti pro použití při léčbě jakéhokoli onemocnění [6] . Ze stejného důvodu neexistují žádné vědecké důkazy o nebezpečí pro lidské zdraví spojeném s expozicí tomuto poli. Pokud je však feromagnetické cizí těleso v lidských tkáních, magnetické pole s ním bude interagovat, což může představovat vážné nebezpečí [7] .

Zejména pokud je kardiostimulátor zabudován do pacientova hrudníku, držte jej mimo dosah magnetických polí. Z tohoto důvodu nemohou být pacienti s nainstalovaným kardiostimulátorem testováni pomocí MRI , což je magnetické zobrazovací zařízení pro vnitřní orgány a tkáně.

Děti mohou někdy spolknout malé magnety z hraček. To může být nebezpečné, pokud dítě spolkne dva nebo více magnetů, protože magnety mohou poškodit vnitřní tkáně; bylo zaznamenáno alespoň jedno úmrtí [8] .

Demagnetizace

Někdy se magnetizace materiálů stává nežádoucí a je nutné je demagnetizovat. Demagnetizaci materiálů lze provést třemi způsoby:

Poslední metoda se používá v průmyslu pro demagnetizaci nástrojů , pevných disků , mazání informací na magnetických kartách a tak dále.

K částečné demagnetizaci materiálů dochází v důsledku nárazů, protože prudké mechanické působení vede k neuspořádanosti domény.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Etymologický slovník ruského jazyka od M. Fasmera
  2. ↑ Slovník cizích slov. - M .: " Ruský jazyk ", 1989. - 624 s. ISBN 5-200-00408-8
  3. ↑ Jméno „ magnet “, jak tvrdil Platón , dal magnetitu Euripides , který jej nazval ve svých dramatech „kámen z Magnesia “ (Řecko): Kartsev
    V.P. Magnet na tři tisíciletí. — M.: Atomizdat, 1978.
  4. ↑ Petra G. Schmidl. Dva rané arabské zdroje na magnetickém kompasu  //  Journal of Arabic and Islamic Studies : deník.
  5. ↑ Myši levitovaly v  laboratoři . Livescience.com (9. září 2009). Získáno 21. dubna 2012. Archivováno z originálu 31. května 2012.
  6. ↑ Flamm B. Magnetoterapie: Miliardový boondoggle . // Skeptický tazatel. sv. 30.4, červenec-srpen 2006. Získáno 30. září 2011. Archivováno z originálu 9. února 2012.
  7. ↑ Schenck JF Bezpečnost silných, statických magnetických polí  (neopr.)  // J Magn Reson Imaging. - 2000. - T. 12 , č. 1 . - S. 2-19 . - doi : 10.1002/1522-2586(200007)12:1<2::AID-JMRI2>3.0.CO;2-V . — PMID 10931560 .
  8. ↑ Oestreich AE Celosvětový průzkum poškození při spolknutí více magnetů   // Pediatr Radiol: journal . - 2008. - Sv. 39 . - str. 142 . - doi : 10.1007/s00247-008-1059-7 . — PMID 19020871 .

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  Tematické stránky
Slovníky a encyklopedie