Магниты, их служба человеку.
Предметная область: физика, электротехника
Работу выполнила:
Колбунова Марина Викторовна, преподаватель
Спб ГБПОУ «Академия управления городской средой, градостроительства и печати»
Санкт-Петербург2018 год
Содержание
Стр.
Введение………………………………………………………..3
Основная часть. Магниты, их служба человечеству
История открытия…………………………………………..4
Виды магнитов……………………………………………...6
Использование магнитов в науке и технике……………....7
Использование магнитов в быту………………………….10
Применение магнитов в медицине………………………..12
Заключение…………………………………………………….17
Введение
Магнит – одно из древнейших открытий, сделанных людьми. Магниты всегда привлекали внимание: изучали природу их действия и воздействие на окружающие предметы. И хотя многое уже понятно, некоторая таинственность воздействия магнитных сил побуждает ученых к дальнейшим исследованиям и открывает все новые перспективы применения магнитов. Мы поставили перед собой задачу изучения видов магнитов, природы возникновения магнитного поля, воздействие его на человека и окружающую природу, использование магнитов в промышленности и быту.
II. Основная часть.Магниты на службе человечеству.
История открытия магнитов.
Магнит испокон веков вызывал у людей интерес и удивление. Его способность притягивать и отталкивать заставляла древнейшие цивилизации рассматривать его как особое творение природы. Магни́т — тело, обладающее собственным магнитным полем. Возможно, слово происходит от др.-греч. Μαγνῆτις λίθος (Magnētis líthos), «камень из Магнесии» — от названия региона Магнисия и древнего города Магнесия в Малой Азии, где в древности были открыты залежи магнетита (магнитного железняка)
Существуют другие легенды происхождения названия «магнит». Так рассказывают о пастухе по имени Магнус (у Льва Толстого в рассказе для детей «Магнит» этого пастуха зовут Магнис). Он обнаружил однажды, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягиваются к чёрному камню. Этот камень стали называть «камнем Магнуса» или просто «магнитом». Таким образом, за много веков до нашей эры было известно, что некоторые каменные породы обладают свойством притягивать куски железа. Об этом упоминал в VI веке до нашей эры греческий ученый и философ Фалес. Первое научное изучение свойств магнита было предпринято в XIII веке ученым Петром Перегрином. В 1269 году вышло его сочинение «Книга о магните», где он писал о многих фактах магнетизма: у магнита есть два полюса, которые ученый назвал северным и южным; невозможно отделить полюса друг от друга разламыванием. Перегрин писал и о двух видах взаимодействия полюсов — притяжении и отталкивании. К XII—XIII векам нашей эры магнитные компасы уже использовались в навигации в Европе, в Китае и других странах мира.
В 1600 году вышло сочинение английского врача Уильяма Гильберта «О магните». К известным уже фактам Гильберт прибавил важные наблюдения: усиление действия магнитных полюсов железной арматурой, потерю магнетизма при нагревании и другие. В 1820 году датский физик Ганс Христиан Эрстед на лекции демонстрировал опыт, включив электрический ток вблизи магнитной стрелки. Он был буквально озадачен, увидев, что магнитная стрелка после включения тока начала совершать колебания. Эрстед оценил значения своего наблюдения и повторил опыт. Соединив длинным проводом полюса гальванической батареи, Эрстед протянул провод горизонтально и параллельно свободно подвешенной магнитной стрелке. Как только был включён ток, стрелка немедленно отклонилась, стремясь встать перпендикулярно к направлению провода. При изменении направления тока стрелка отклонилась в другую сторону. Вскоре Эрстед доказал, что магнит действует с некоторой силой на провод, по которому идёт ток.
Открытие взаимодействия между электрическим током и магнитом имело огромное значение. Оно стало началом новой эпохи в учении об электричестве и магнетизме. Это взаимодействие сыграло важную роль в развитии техники физического эксперимента.
Узнав об открытии Эрстеда, французский физик Доминик Франсуа Араго начал серию опытов. Он обмотал медной проволокой стеклянную трубку, в которую вставил железный стержень. Как только замкнули электрическую цепь, стержень сильно намагнитился и к его концу крепко прилипли железные ключи; когда выключили ток, ключи отпали. Араго рассматривал проводник, по которому идёт ток, как магнит. Правильное объяснение этого явления было дано после исследований французского физика Андре Ампера, который установил внутреннюю связь между электричеством и магнетизмом. В сентябре 1820 года он сообщил Французской Академии наук о полученных им результатах.
Ампер скрутил проводник в виде спирали. Этот провод при пропускании по нему тока приобретал свойство магнита. Ампер назвал его соленоидом. Исходя из магнитных свойств соленоида, Ампер предложил рассматривать магнетизм как явление, обязанное круговым токам. Он считал, что магнит состоит из молекул, в которых имеются круговые токи. Каждая молекула представляет собой маленький магнитик, располагаясь одноимёнными полюсами в одну и ту же сторону, эти маленькие магнитики и образуют магнит. Проводя вдоль стальной полосы магнитом (несколько раз в одну и ту же сторону), мы заставляем молекулы с круговыми токами ориентироваться в пространстве одинаково. Таким образом, стальная пластинка превратится в магнит. Простейшим и самым маленьким магнитом можно считать электрон. Его движение создает магнитное поле. Сегодня существует квантовая теории электромагнитного поля.
Виды магнитов
Постоянный магнит — изделие, изготовленное из ферромагнетика, способного сохранять остаточную намагниченность после выключения внешнего магнитного поля. В качестве материалов для постоянных магнитов обычно используют железо, никель, кобальт, некоторые сплавы редкоземельных металлов (как, например, в неодимовых магнитах), а также некоторые естественные минералы, такие как магнетиты. Постоянные магниты применяются в качестве автономных (не потребляющих энергии) источников магнитного поля. Свойства магнита определяются характеристиками петли магнитного гистерезиса материала магнита: остаточной индукцией Br и коэрцитивной силой Hc. Чем выше Br и Hc, тем выше намагниченность и стабильность магнита. Характерные поля постоянных магнитов — до 1 Тл.В настоящее время широко используют магниты из редкоземельного металла - неодима. Везде, где мы имеем дело с температурами не выше 80°C, конечно, эффективней применять именно такие неодимовые магниты. Они имеют высокую мощность, но благодаря их компактному размеру не занимают много места и не создают трудностей при транспортировке.
Их используют практически повсеместно: в промышленности (приборостроение, электроника, машиностроение, магнитные системы различных назначений, обогащение полезных ископаемых и т. д.), в торговле, медицине и, конечно, в быту.
Электромагнит — устройство, магнитное поле которого создаётся при протекании электрического тока. Как правило, это катушка-соленоид со вставленным внутрь ферромагнитным (обычно стальным) сердечником с большой магнитной проницаемостью . Характерные поля электромагнитов 1,5—2 Тл. Первый электромагнит изготовил в 1825 году английский инженер Уильям Стёрджен. Этот электромагнит представлял собой согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки. Для изолирования от обмотки стержень был покрыт лаком. При пропускании тока железный стержень приобретал свойства сильного магнита, но при прерывании тока он мгновенно их терял. Именно эта особенность электромагнитов позволила широко применять их в технике.
Использование магнитов в науке и технике
Трудно назвать такую область науки и техники, где не использовались бы магниты.
Электромагниты обязательно входят в состав электродвигателей и генераторов. Двигатели преобразовывают электрическую энергию в механическую энергию. Генераторы, наоборот, преобразуют механическую энергию в электрическую энергию путём перемещения проводника через магнитное поле.
Электрический транспорт (метро, электричка, трамвай, троллейбус) работает на электродвигателях, использующих магнитное поле.
Трансформаторы: устройства для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Имеют две катушки, которые электрически изолированы, но связаны магнитно. Используют во всех видах электронной техники, поскольку электроника работает на низком напряжении, а включается в сеть с напряжением в 220В.
Маглев (magnetic levitation — «магнитная левитация»): поезд на магнитном подвесе, движимый и управляемый магнитными силами. Такой состав, в отличие от традиционных поездов, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью движения существует зазор, трение исключается, и единственной тормозящей силой является лишь сила аэродинамического сопротивления.
Ускорители частиц - установки, где получают заряженные частицы высоких энергий. В основе работы ускорителя заложено взаимодействие заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. Существует Большой адронный коллайдер в Швейцарии. Он представляет собой кольцо длиной почти 27 километров.
Подъемный электромагнит способен перемещать громоздкие и тяжелые стальные детали. Магниты могут поднимать и небольшие, легкие предметы из ферромагнетиков (железные гвозди, скобы, кнопки, скрепки), которые являются слишком мелкими, либо их трудно достать, либо они слишком тонкие, чтобы держать их пальцами. Некоторые отвёртки специально намагничиваются для этой цели.
в компьютерных жёстких дисках запись данных происходит на тонком магнитном покрытии. Эти носители информации не являются магнитами в строгом смысле, так как они не притягивают предметы.
СВЧ – техника работает на магнетронах.
Магниты применяются в составе отклоняющей системы электронно-лучевых трубок для управления электронным пучком.
Магниты используются при неразрушающем контроле магнитопорошковым методом (МПК).
Мощные постоянные магниты (NdFeB) часто используются в медицинских приборах. Их также используют для намагничивания предметов.
Магниты нужны для изготовления сепараторов железных частиц.
Магниты – главная часть приборов магнитной ионизации.
В области автоматики и безопасности магниты применяются для изготовления реле и сенсоров.
Неодимовые магниты применяют при изготовлении турбинных генераторов. Как правило, качество генератора напрямую зависит от мощности магнита.
Магниты применяются в конструкциях бесконтактных тормозов, состоящих из двух пластин, одна — магнит, а другая из алюминия. Одна из них жёстко закреплена на раме, другая вращается с валом. Торможение регулируется зазором между ними.
Громкоговорители и микрофоны используют постоянный магнит и токовую катушку для преобразования электрической энергии (сигнала) в механическую энергию (движение, которое создает звук). Обмотка намотана на катушку, прикрепляется к диффузору и по ней протекает переменный ток, который взаимодействует с полем постоянного магнита.
Магниты применяются в СВЧ вентилях и циркуляторах для направленной передачи энергии электромагнитных колебаний.
Магниты и электромагниты являются составной частью электроизмерительных приборов. При изменении тока меняется сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, меняется угол поворота проводника и угол отклонения стрелки прибора.
Магниты совместно с полупроводниковым датчиком Холла используют для определения углового положения или угловой скорости вала.
Магниты используются в искровых разрядниках для ускорения гашения дуги.
Существует магнитная дефектоскопия, метод поиска дефектов, основанный на исследовании искажений магнитного поля, возникающих в местах дефектов в изделиях из магнитных материалов.
Представители различных наук учитывают магнитные поля в своих исследованиях. Физики измеряют магнитные поля атомов и элементарных частиц, астрономы изучают роль космических магнитных полей в процессе формирования новых звёзд, геологи по аномалиям магнитного поля Земли отыскивают залежи магнитных руд.
Использование магнитов в быту
Трудно перечислить все области использования магнитов в бытовой технике и окружающей нас жилой среде.
Магниты используются в компьютерных жестких дисках, в телефонии, в теле- и видеоаппаратуре.
Кредитные, дебетовые, и ATM карты — все эти карточки имеют магнитную полосу на одной стороне. Эта полоса кодирует информацию, необходимую для соединения с финансовым учреждением и связи со счетами.
Магниты используются для передачи вращающего момента «сквозь» стенку, которой может являться, например, герметичный контейнер электродвигателя. Таким образом, в бытовых счётчиках расхода воды передаётся вращение от лопаток датчика на счётный узел.
В устройстве домофона используется магнит.
Магнитный пускатель, подающий питание на обмотку любого двигателя, в том числе и двигателя лифта.
Электромагнитный тормоз, препятствующий движению кабины лифта при обесточивании двигателя
Компасы: компас (или морской компас) является намагниченным указателем, который может свободно вращаться и ориентируется на направление магнитного поля Земли.
Магниты используются в фиксаторах мебельных дверей.
Неодимовые магниты небольших размеров способны стать чудесной игрушкой как для детей, так и для взрослых. Им можно найти много разных применений.
Неодимовыми магнитами можно закреплять различные предметы. Например, можно сделать из магнитов пояс для инструментов.
Декоративное искусство: виниловые магнитные листы могут быть присоединены к живописи, фотографии и другим декоративным изделиям, что позволяет им удерживаться на холодильниках и других металлических поверхностях.
Магниты могут использоваться для производства ювелирных изделий. Ожерелья и браслеты имеют магнитную застёжку, или могут быть изготовлены полностью из нескольких, связанных между собой магнитов.
Магниты встречаются в сумках в виде вставленной внутрь закрывающей сумку кнопки намагниченной железной пластины; магниты вшивают внутрь верхней одежды для закрывания клапана одежды элегантной, невидимой глазу застёжкой.
Если магниты поместить в губки, то эти губки можно использовать для мытья тонких листовых немагнитных материалов сразу с обеих сторон, причём одна сторона может быть труднодоступной. Это могут быть, например, стёкла аквариума или балкона.
Магниты совместно с герконом применяют в специальных датчиках положения. Например, в датчиках дверей холодильников и охранных сигнализаций.
Применение магнитов в медицине
Древние цивилизации знали о лечебных свойствах магнита. Известно, что магнитотерапия упоминается в китайской «Книге Желтого Императора о сокровенной медицине», которая, как считается, была написана около 2000 лет до н.э.
Нужно учитывать то, что мы живем в магнитном поле, поскольку сама Земля представляет собой гигантский магнит. Различные авторитетные специалисты считают, что магнитное поле Земли оказывает благотворное воздействие на здоровье всех животных, растений и людей.
Однако со времен древнейших цивилизаций магнитное поле Земли изменилось. Линии электропередач, промышленное электрооборудование, бытовые электроприборы (телевизоры, радиоприемники, микроволновые печи и т. д.) ощутимо влияют на магнитное поле Земли, снижая его интенсивность.
В настоящее время использование магнитов для диагностики и лечения – магнитотерапия-повсеместно привлекает к себе внимание общественности. В Японии использование магнитов для контроля и лечения различных заболеваний стало предметом глубоких научных исследований. Сейчас эта страна занимает ведущее положение в мире в этой области. Более десяти миллионов японцев используют магнитные кровати, чтобы снять стресс и напитать организм энергией. Согласно японским специалистам, магниты особенно незаменимы при переутомлении, ишиасе, астме, мигрени и т. д.
Из Японии этот вид лечения пришел на Запад, где нашел много горячих приверженцев, в том числе среди психологов, врачей, физиотерапевтов, спортсменов и т. п. Магнитотерапия получила поддержку ведущих авторитетов в области медицины: например, д-ра Уильяма Филпота, ведущего невролога из Оклахомы, США. Он, после нескольких лет исследований, заявил, что воздействие на наше тело магнитным полем стимулирует гормон сна, мелатонин, и обеспечивает более спокойный сон. Управление продовольствия и лекарств США дало свою санкцию на использование и продажу в США различных магнитных приборов.
Эксперименты, проведенные Университетом Ломалинды (США) и несколькими другими университетами, установили, что возникновение многих хронических заболеваний связано с недостаточным кровообращением и нарушением работы нервной системы. Если клетки не получают необходимых питательных веществ, это в конце концов приводит к какому-нибудь хроническому заболеванию. Магниты помогают восстановить работу нервной системы и улучшить кровоснабжение. Сейчас в различных частях света продолжаются исследования магнитов, и с 1960 г. опубликовано более 4 тыс. медицинских и научных работ об использовании магнита в лечебных целях.
Обычно магнит используют для снятия боли и воспалений. Как представляется, в присутствии магнитного поля ткани работают более энергично. Если приложить магнит, то кровообращение соответствующей части тела и вокруг нее увеличивается. Воздействие магнитного поля позволяет тканям впитывать больше кислорода. Таким образом, благодаря магнитным полям ткани активизируются, в результате чего отходы удаляются быстрее, а ткани впитывают питательные вещества более эффективно. Поэтому работа клеток улучшается.
Каждая молекула воды в теле человека поляризована. Это означает, что одна ее часть электрически более положительна, а другая – более отрицательна. Поляризация тесно связана и взаимодействует с магнитными полями. Кажется очевидным, что магнит, очень напоминая этим воду, помогает при любых заболеваниях. В настоящее время магниты широко используются по всему миру для лечения расстройств сна, облегчения боли, снятия воспалений.
Д-р Филпот, получивший докторскую степень по медицине в Университете Ламалинды, возглавляет Биоэлектромагнитный институт в городе Оклахома (США). Он утверждает, что человеческое тело само по себе является электромагнитной машиной.
Каждая клетка тела имеет положительное и отрицательное поле. Магнитное поле Земли играет важнейшую роль во всех видах деятельности на нашей планете, оно поддерживает жизнь живых существ и дает им силы.
Ночью воздействие магнитной энергии Земли выражается в укрепляющем сне, биологическом лечении и перезарядке энергией. Когда встает солнце, на нас воздействует магнитная энергия (энергия Северного полюса), помогая нам поддерживать дневную активность. Итак, в течение дня мы подвергаемся влиянию Северного полюса, а в течение ночи испытываем воздействие Южного магнитного полюса. На протяжении 24 часов тело человека подвергается действию магнитных сил. Шишковидная железа в организме человека отвечает за работу гормонов и ферментов. Ее можно назвать магнитным органом, так как она содержит кристаллы магнетита. Она повышенно чувствительна к магнитной энергии. Ночью именно эта железа вырабатывает гормон сна - мелатонин. Когда мы стареем, у нас вырабатывается меньше этих гормонов, но для крепкого сна и здоровья организму необходимо такое же количество мелатонина, что и в молодости. Поэтому, чтобы увеличить образование этого гормона, необходимо использовать магниты. Поскольку гормоны вырабатываются самим организмом, они абсолютно безвредны. Когда организм производит их в меньшем количестве, начинается процесс старения. Одно из преимуществ магнитотерапии заключается в том, что она дешева и не имеет никаких побочных эффектов. Магнитотерапия, помимо того, что является легкой, действенной и недорогой, дает еще и полную гарантию безопасности. Приведем отзывы о магнитотерапии некоторых врачей.
Ричард Левитон, «Исцеление энергией природы», East – West Journal, июнь 1986 г.:
«Сейчас мы стоим на пороге новой эры в науке о магнитах и их применении. Магнит – это инструмент, данный нам самой матерью-природой».
Д-р Ральф У. Сьерра, «Исцеляющая сила магнита»:
«Благодаря поразительным результатам, достигнутым с помощью магнитотерапии, она достойна занять важное место в терапевтической сфере».
Д-р медицинских наук Невиль С. Бенгали, автор книги «Магнитотерапия: теория и практика»:
«Это революция в лечении повреждений мышц, боли в суставах и проблем с осанкой. Мы лечили с помощью магнитов 4 тыс. пациентов, и в 80 % случаев получили положительный результат».
Очень распространенным в последнее время становится использование неодимовых магнитов в магнитотерапии как способе лечения симптомов и устранения боли при таких болезнях, как артрит. За их целебные свойства их иногда называют «лечебными магнитами». Существуют электромагнитные измерители скорости движения крови, миниатюрные капсулы, которые с помощью внешних магнитных полей можно перемещать по кровеносным сосудам, чтобы расширять их, брать пробы на определённых участках пути или, наоборот, локально выводить из капсул различные медикаменты.Исследование работы сердца осуществляют с помощью электрических датчиков, путем снятия электрокардиограммы. Электрические импульсы, вырабатываемые сердцем, создают при этом магнитное поле сердца. Она позволяет получить сведения об электрически “немых”, неработающих областях сердца. Неодимовые магниты используют в приборах МРТ (магнитно-резонансной томографии).
В NASA магниты используются для поддержания мышечного тонуса у космонавтов во время космических полетов.
Магнетизм Земли воздействует не только на человека и весь животный мир, но и на мир растительный. Так он активизирует необходимые ферментные системы во фруктах и овощах, что делает возможным их нормальное созревание.
Заключение
Таким образом, мы изучили историю появления магнитов, их разновидности. Выяснили мнение ученых о природе магнетизма. Сделали обзор тех отраслей науки и техники, где используются магниты и электромагниты. Осветили обширную область использования магнитов в быту. Рассмотрели вопросы воздействия магнитного поля на организм человека и возможность использования поля для диагностики и лечения различных заболеваний.
