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Magnete und magnetische Eigenschaften der Materie. Verwendung von Neodym-Magneten im Alltag

4. Anwendung von Magneten in verschiedene Bereiche Aktivitäten moderne Gesellschaft

Magnete werden vor allem in der Elektrotechnik, Funktechnik, im Instrumentenbau, in der Automatisierung und Telemechanik eingesetzt. Hier werden ferromagnetische Materialien zur Herstellung von Magnetkreisen, Relais usw. verwendet. .

Elektrische Generatoren und Elektromotoren sind Rotationsmaschinen, die entweder mechanische Energie in elektrische Energie (Generatoren) oder elektrische Energie in mechanische Energie (Motoren) umwandeln. Der Betrieb von Generatoren basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion: In einem Draht, der sich in einem Magnetfeld bewegt, wird eine elektromotorische Kraft (EMF) induziert. Der Betrieb von Elektromotoren beruht darauf, dass auf einen stromdurchflossenen Draht, der sich in einem transversalen Magnetfeld befindet, eine Kraft wirkt.

Magnetoelektrische Geräte. Solche Geräte nutzen die Wechselwirkungskraft zwischen dem Magnetfeld und dem Strom in den Windungen der Wicklung des beweglichen Teils, die dazu neigt, letzteres zu drehen.

Induktionsstromzähler. Ein Induktionsmessgerät ist nichts anderes als ein Wechselstrom-Elektromotor mit geringer Leistung und zwei Wicklungen – einer Stromwicklung und einer Spannungswicklung. Eine zwischen den Wicklungen platzierte leitfähige Scheibe dreht sich unter dem Einfluss eines Drehmoments, das proportional zur aufgenommenen Leistung ist. Dieses Drehmoment wird durch Ströme ausgeglichen, die von einem Permanentmagneten in die Scheibe induziert werden, sodass die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe proportional zum Stromverbrauch ist.

Elektrisch Armbanduhr angetrieben durch eine Miniaturbatterie. Sie benötigen zum Betrieb viel weniger Teile als mechanische Uhr; So umfasst der Schaltkreis einer typischen elektrischen tragbaren Uhr zwei Magnete, zwei Induktivitäten und einen Transistor.

Dynamometer – ein mechanisches oder elektrisches Gerät zur Messung der Zugkraft oder des Drehmoments einer Maschine, Werkzeugmaschine oder eines Motors.

Bremsprüfstände gibt es in verschiedenen Ausführungen; Dazu gehören beispielsweise die Prony-Bremse, hydraulische und elektromagnetische Bremsen.

Ein elektromagnetischer Dynamometer kann in Form eines Miniaturgeräts hergestellt werden, das zur Messung der Eigenschaften kleiner Motoren geeignet ist.

Ein Galvanometer ist ein empfindliches Instrument zur Messung schwacher Ströme. Ein Galvanometer nutzt das Drehmoment, das durch die Wechselwirkung eines hufeisenförmigen Permanentmagneten mit einer kleinen stromdurchflossenen Spule (einem schwachen Elektromagneten) erzeugt wird, die im Spalt zwischen den Polen des Magneten hängt. Das Drehmoment und damit die Auslenkung der Spule ist proportional zum Strom und zur gesamten magnetischen Induktion im Luftspalt, sodass der Maßstab des Geräts bei kleinen Auslenkungen der Spule nahezu linear ist. Darauf basierende Geräte sind der häufigste Gerätetyp.

Die magnetischen Eigenschaften von Materie werden in Wissenschaft und Technik häufig zur Untersuchung der Struktur genutzt verschiedene Körper. So entstand die Wissenschaft:

Die Magnetochemie ist ein Zweig der physikalischen Chemie, der die Beziehung zwischen magnetischen und magnetischen Einflüssen untersucht chemische Eigenschaften Substanzen; Darüber hinaus untersucht die Magnetochemie den Einfluss magnetischer Felder auf chemische Prozesse. Die Magnetochemie basiert auf der modernen Physik magnetischer Phänomene. Die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen magnetischen und chemischen Eigenschaften ermöglicht die Klärung der Merkmale chemische Struktur Substanzen.

Magnetische Fehlererkennung, eine Methode zur Fehlersuche, die auf der Untersuchung von Magnetfeldverzerrungen basiert, die an Fehlern in Produkten aus ferromagnetischen Materialien auftreten.

Teilchenbeschleuniger, eine Anlage, in der mithilfe elektrischer und magnetischer Felder gerichtete Strahlen von Elektronen, Protonen, Ionen und anderen geladenen Teilchen mit einer Energie erzeugt werden, die die thermische Energie deutlich übersteigt.

Moderne Beschleuniger nutzen zahlreiche und unterschiedliche Arten von Technologien, darunter leistungsstarke Präzisionsmagnete.

Beschleuniger spielen in der medizinischen Therapie und Diagnostik eine wichtige praktische Rolle. Viele Krankenhäuser auf der ganzen Welt verfügen mittlerweile über kleine Elektronenlinearbeschleuniger, die intensive Röntgenstrahlen erzeugen, die zur Behandlung von Tumoren eingesetzt werden. In geringerem Umfang kommen Zyklotrone oder Synchrotrone zur Erzeugung von Protonenstrahlen zum Einsatz. Der Vorteil von Protonen gegenüber Röntgenstrahlung in der Tumortherapie ist eine lokalisiertere Energiefreisetzung. Daher ist die Protonentherapie besonders wirksam bei der Behandlung von Tumoren des Gehirns und der Augen, bei denen die Schädigung des umliegenden gesunden Gewebes so gering wie möglich sein sollte.

Vertreter verschiedener Wissenschaften berücksichtigen Magnetfelder in ihrer Forschung. Ein Physiker misst die Magnetfelder von Atomen und Elementarteilchen, ein Astronom untersucht die Rolle kosmischer Felder bei der Entstehung neuer Sterne, ein Geologe nutzt Anomalien im Erdmagnetfeld, um Vorkommen magnetischer Erze zu finden, und neuerdings auch die Biologie war auch aktiv an der Erforschung und Verwendung von Magneten beteiligt.

Die biologische Wissenschaft der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts beschrieb lebenswichtige Funktionen zuverlässig, ohne die Existenz irgendwelcher Magnetfelder zu berücksichtigen. Darüber hinaus hielten es einige Biologen für notwendig zu betonen, dass selbst ein starkes künstliches Magnetfeld keinen Einfluss auf biologische Objekte hat.

Über den Einfluss magnetischer Felder auf biologische Prozesse stand in den Enzyklopädien nichts. Jedes Jahr tauchen in der wissenschaftlichen Literatur auf der ganzen Welt vereinzelte positive Überlegungen zu der einen oder anderen biologischen Wirkung von Magnetfeldern auf. Dieses schwache Rinnsal konnte jedoch den Eisberg des Misstrauens nicht einmal in der Formulierung des Problems selbst schmelzen ... Und plötzlich verwandelte sich das Rinnsal in einen stürmischen Strom. Die Lawine magnetobiologischer Veröffentlichungen nimmt seit den frühen 60er Jahren stetig zu und übertönt skeptische Aussagen.

Von den Alchemisten des 16. Jahrhunderts bis heute hat die biologische Wirkung des Magneten vielfach Bewunderer und Kritiker gefunden. Im Laufe mehrerer Jahrhunderte kam es immer wieder zu einem Anstieg und einem Rückgang des Interesses an der heilenden Wirkung von Magneten. Mit seiner Hilfe versuchten sie (und nicht ohne Erfolg) Nervenkrankheiten, Zahnschmerzen, Schlaflosigkeit, Leber- und Magenschmerzen – Hunderte von Krankheiten – zu behandeln.

Zu medizinischen Zwecken wurden Magnete wahrscheinlich schon früher eingesetzt als zur Bestimmung der Himmelsrichtungen.

Als lokales äußerliches Heilmittel und als Amulett erfreute sich der Magnet bei Chinesen, Hindus, Ägyptern, Arabern, Griechen, Römern usw. großer Beliebtheit. Der Philosoph Aristoteles und der Historiker Plinius erwähnen in ihren Werken seine medizinischen Eigenschaften.

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts verbreiteten sich Magnetarmbänder, die sich positiv auf Patienten mit Blutdruckstörungen (Hypertonie und Hypotonie) auswirkten.

Neben Permanentmagneten kommen auch Elektromagnete zum Einsatz. Sie werden auch für eine Vielzahl von Problemen in Wissenschaft, Technik, Elektronik und Medizin eingesetzt ( Nervenkrankheiten, Gefäßerkrankungen der Extremitäten, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs).

Wissenschaftler neigen vor allem zu der Annahme, dass Magnetfelder die Widerstandskraft des Körpers erhöhen.

Es gibt elektromagnetische Blutgeschwindigkeitsmesser, Miniaturkapseln, die mithilfe externer Magnetfelder durch Blutgefäße bewegt werden können, um diese zu erweitern, an bestimmten Stellen des Weges Proben zu entnehmen oder umgekehrt verschiedene Medikamente lokal aus den Kapseln zu entnehmen.

Eine magnetische Methode zur Entfernung von Metallpartikeln aus dem Auge ist weit verbreitet.

Die meisten von uns sind mit der Untersuchung der Herzfunktion mithilfe elektrischer Sensoren – einem Elektrokardiogramm – vertraut. Vom Herzen erzeugte elektrische Impulse erzeugen ein Magnetfeld des Herzens, das in Maximalwerten 10-6 der Stärke des Erdmagnetfeldes beträgt. Der Wert der Magnetokardiographie besteht darin, dass Sie damit Informationen über die elektrisch „stillen“ Bereiche des Herzens erhalten können.

Es sollte beachtet werden, dass Biologen nun von Physikern verlangen, eine Theorie über den primären Mechanismus der biologischen Wirkung des Magnetfelds zu liefern, und dass Physiker als Reaktion darauf von Biologen mehr bewiesene biologische Fakten verlangen. Es liegt auf der Hand, dass eine enge Zusammenarbeit verschiedener Spezialisten erfolgreich sein wird.

Ein wichtiger Zusammenhang zwischen magnetobiologischen Problemen ist die Reaktion des Nervensystems auf Magnetfelder. Es ist das Gehirn, das als erstes auf Veränderungen reagiert Außenumgebung. Die Untersuchung seiner Reaktionen wird der Schlüssel zur Lösung vieler Probleme der Magnetobiologie sein.

Unter den technologischen Revolutionen des späten 20. Jahrhunderts ist die Umstellung der Verbraucher auf Kernbrennstoffe eine der wichtigsten. Wieder einmal rückten Magnetfelder in den Fokus. Nur sie werden in der Lage sein, das unberechenbare Plasma in einer „friedlichen“ thermonuklearen Reaktion einzudämmen, die die Spaltungsreaktionen radioaktiver Uran- und Thoriumkerne ersetzen soll.

Was würdest du sonst noch verbrennen? - Die Frage, die Energiearbeiter immer quält, klingt wie ein obsessiver Refrain. Brennholz hat uns lange Zeit geholfen, aber es hat einen geringen Energieverbrauch und daher ist die holzbefeuerte Zivilisation primitiv. Unser heutiger Reichtum basiert auf der Verbrennung fossiler Brennstoffe, doch die verfügbaren Öl-, Kohle- und Erdgasreserven gehen langsam aber sicher zur Neige. Wir müssen die Brennstoff- und Energiebilanz des Landes wohl oder übel auf etwas anderes umstellen. Im nächsten Jahrhundert müssen die Reste organischer Brennstoffe für den Rohstoffbedarf der Chemie erhalten bleiben. Und der wichtigste Energierohstoff wird bekanntlich Kernbrennstoff sein.

Die Idee der magnetischen Wärmeisolierung von Plasma basiert auf der bekannten Eigenschaft elektrisch geladener Teilchen, die sich in einem Magnetfeld bewegen, ihre Flugbahn zu krümmen und sich entlang einer Spirale von Feldlinien zu bewegen. Diese Krümmung der Flugbahn in einem ungleichmäßigen Magnetfeld führt dazu, dass das Teilchen in einen Bereich gedrückt wird, in dem das Magnetfeld schwächer ist. Die Aufgabe besteht darin, das Plasma von allen Seiten mit einem stärkeren Feld zu umgeben. Dieses Problem wird in vielen Laboren auf der ganzen Welt gelöst. Der magnetische Einschluss von Plasma wurde von sowjetischen Wissenschaftlern entdeckt, die 1950 vorschlugen, Plasma in sogenannten Magnetfallen (oder, wie sie oft genannt werden, Magnetflaschen) einzuschließen.

Ein Beispiel für ein sehr einfaches System zum magnetischen Einschluss von Plasma ist eine Falle mit magnetischen Stopfen oder Spiegeln (Spiegelfalle). Das System ist ein langes Rohr, in dem ein longitudinales Magnetfeld erzeugt wird. An den Enden des Rohres sind massivere Windungen gewickelt als in der Mitte. Dies führt dazu, dass die magnetischen Feldlinien an den Rohrenden dichter sind und das Magnetfeld in diesen Bereichen stärker ist. Ein in einer Magnetflasche gefangenes Teilchen kann das System also nicht verlassen, da es die Feldlinien durchqueren und aufgrund der Lorentzkraft auf ihnen „landen“ müsste. Nach diesem Prinzip wurde die riesige Magnetfalle der am Institut gestarteten Ogra-1-Installation gebaut Atomenergie benannt nach I.V. Kurtschatow im Jahr 1958. Die Vakuumkammer Ogra-1 hat eine Länge von 19 m und einen Innendurchmesser von 1,4 m. Der durchschnittliche Durchmesser der das Magnetfeld erzeugenden Wicklung beträgt 1,8 m, die Feldstärke in der Mitte der Kammer beträgt 0,5 T , im Stau 0,8 T.

Die Stromkosten aus thermonuklearen Kraftwerken werden aufgrund der geringen Kosten des Rohstoffs (Wasser) sehr niedrig sein. Die Zeit wird kommen, in der Kraftwerke buchstäblich Ozeane an Strom erzeugen werden. Mit Hilfe dieser Elektrizität wird es vielleicht möglich sein, nicht nur die Lebensbedingungen auf der Erde radikal zu verändern – Flüsse umzukehren, Sümpfe trockenzulegen, Wüsten zu bewässern –, sondern auch das Erscheinungsbild des umgebenden Weltraums zu verändern den Mond bevölkern und „wiederbeleben“, um den Mars mit einer Atmosphäre zu umgeben.

Eine der Hauptschwierigkeiten auf diesem Weg ist die Schaffung eines Magnetfelds einer bestimmten Geometrie und Größe. Magnetfelder in modernen thermonuklearen Fallen sind relativ klein. Wenn wir jedoch die enormen Volumina der Kammern, das Fehlen eines ferromagnetischen Kerns sowie die besonderen Anforderungen an die Form des Magnetfelds berücksichtigen, die die Schaffung solcher Systeme erschweren, müssen wir zugeben, dass die vorhandenen Fallen sind eine große technische Errungenschaft.

Auf der Grundlage des oben Gesagten können wir den Schluss ziehen, dass es derzeit keine Branche gibt, in der ein Magnet oder das Phänomen des Magnetismus nicht eingesetzt wird.

5. Supraleiter und ihre Anwendungen Magnet-Supraleiter

Supraleiter werden oft als Schlüssel zur Elektrotechnik der Zukunft bezeichnet. Dies erklärt sich durch ihre wirklich erstaunlichen Eigenschaften. Tatsächlich gibt es Supraleiter nicht als spezielle Materialien. Dabei handelt es sich um gewöhnliche Materialien aus den Elementen des Periodensystems, die unter bestimmten Bedingungen vorkommen ungewöhnliche Eigenschaften. Aluminium beispielsweise gilt als guter Leiter, leitet Wärme gut und verstärkt in seiner Dicke das Magnetfeld leicht (paramagnetisch). Bei einer Abkühlung unter 1,2 K steigt die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium unbegrenzt an (Supraleiter), auch die Wärmeleitfähigkeit verschlechtert sich deutlich (Wärmeisolator) und das Magnetfeld kann es nicht mehr durchdringen (Diamagnet). Es scheint, dass man zu viel bezahlen muss, um solche nützlichen Eigenschaften zu erreichen – niedrige Temperaturen zu erreichen ist kein billiges Vergnügen. Es stellte sich jedoch heraus, dass die Kosten für Kühlschränke und den Wärmeschutz von Kältezonen nicht mit den erzielten Vorteilen zu vergleichen sind. Es ist möglich geworden, enorme Ströme (mehrere tausend Mal größer als bei herkömmlichen Leitern) und enorme Magnetfelder mit bescheidenen Querschnitten stromführender Sammelschienen ohne übermäßige Kosten zu erzielen: Dies ist äußerst wichtig bei der Herstellung leistungsstarker elektrischer Energiegeräte.

Es ist klar, dass zur Schaffung von Generatoren mit größerer Leistung neue Designlösungen und Materialien erforderlich sind. Besondere Hoffnungen setzen Wissenschaftler und Ingenieure dabei auf die Supraleitung. Nicht umsonst wird die theoretische und experimentelle Forschung auf dem Gebiet der supraleitenden Materialien als eine der Hauptrichtungen für die Entwicklung der Wissenschaft geplant, und eine der Hauptrichtungen für die Entwicklung der Technologie ist die Entwicklung supraleitender Turbogeneratoren. Supraleitende elektrische Geräte werden die elektrischen und magnetischen Belastungen in Geräteelementen drastisch erhöhen und dadurch deren Größe drastisch verringern. In einem supraleitenden Draht ist eine Stromdichte zulässig, die 10...50-mal höher ist als die Stromdichte in herkömmlichen elektrischen Geräten. Magnetfelder können auf Werte in der Größenordnung von 10 Tesla erhöht werden, verglichen mit 0,8...1 Tesla bei herkömmlichen Maschinen. Wenn wir berücksichtigen, dass die Abmessungen elektrischer Geräte umgekehrt proportional zum Produkt aus zulässiger Stromdichte und Magnetfeldinduktion sind, ist klar, dass der Einsatz von Supraleitern die Größe und das Gewicht elektrischer Geräte um ein Vielfaches reduzieren wird!

Viele Hindernisse verschwinden von selbst, wenn man den Effekt der Supraleitung nutzt und supraleitende Materialien verwendet. Dann können die Verluste in der Rotorwicklung praktisch auf Null reduziert werden, da der Gleichstrom darin keinen Widerstand findet. Und wenn ja, steigt die Effizienz der Maschine. Der hohe Strom, der durch die supraleitende Erregerwicklung fließt, erzeugt ein so starkes Magnetfeld, dass die Verwendung eines magnetischen Stahlkerns, wie er bei elektrischen Maschinen üblich ist, nicht mehr erforderlich ist. Durch den Verzicht auf Stahl werden Masse und Trägheit des Rotors verringert. Die Entwicklung kryogener elektrischer Maschinen ist keine Hommage an die Mode, sondern eine Notwendigkeit, eine natürliche Konsequenz wissenschaftlicher und technischer Fortschritt. Und es gibt allen Grund zu der Annahme, dass bis zum Ende des Jahrhunderts supraleitende Turbogeneratoren mit einer Leistung von mehr als 1000 MW in Stromnetzen zum Einsatz kommen werden.

Energiearbeiter brauchen mehr als nur Kältegeneratoren. Mehrere Dutzend supraleitende Transformatoren wurden bereits hergestellt und getestet (der erste davon wurde 1961 vom Amerikaner McPhee gebaut; der Transformator arbeitete mit einer Leistung von 15 kW). Es gibt Projekte für supraleitende Transformatoren mit einer Leistung von bis zu 1 Million kW. Bei ausreichend hohen Leistungen sind supraleitende Transformatoren 40...50 % leichter als herkömmliche, bei annähernd gleichen Leistungsverlusten wie herkömmliche Transformatoren (bei diesen Berechnungen wurde jedoch auch die Leistung des Verflüssigers berücksichtigt). haben auch erhebliche Nachteile. Sie hängen mit der Notwendigkeit zusammen, den Transformator bei Überlastungen davor zu schützen, den supraleitenden Zustand zu verlassen. Kurzschlüsse, Überhitzung, wenn das Magnetfeld, der Strom oder die Temperatur kritische Werte erreichen können.

IN letzten Jahren Der Traum von supraleitenden Stromleitungen rückt immer näher. Der stetig steigende Strombedarf macht die Übertragung großer Leistungen über große Entfernungen sehr attraktiv. Sowjetische Wissenschaftler haben überzeugend gezeigt, dass supraleitende Übertragungsleitungen vielversprechend sind. Die Kosten der Leitungen werden mit den Kosten herkömmlicher Freileitungen zur Stromübertragung vergleichbar sein (die Kosten eines Supraleiters sind angesichts des hohen Wertes seiner kritischen Stromdichte im Vergleich zur wirtschaftlich vertretbaren Stromdichte in Kupfer- oder Aluminiumdrähten gering) und niedriger als die Kosten für Kabelleitungen. Es wird vorgeschlagen, supraleitende Stromübertragungsleitungen wie folgt zu realisieren: Zwischen den Endübertragungspunkten wird eine Pipeline mit flüssigem Stickstoff im Boden verlegt. In dieser Pipeline befindet sich eine Pipeline mit flüssigem Helium. Helium und Stickstoff strömen durch Rohrleitungen, da zwischen dem Quell- und dem Zielpunkt ein Druckunterschied entsteht. Verflüssigungspumpstationen werden sich daher nur an den Enden der Leitung befinden. Als Dielektrikum kann auch flüssiger Stickstoff verwendet werden. Die Heliumleitung wird innerhalb der Stickstoffleitung durch dielektrische Streben gestützt (die meisten Isolatoren haben dielektrische Eigenschaften). niedrige Temperaturen verbessern sich). Die Heliumpipeline ist vakuumisoliert. Die Innenfläche der Flüssig-Helium-Pipeline ist mit einer Supraleiterschicht beschichtet. Die Verluste in einer solchen Leitung werden, wenn man die unvermeidlichen Verluste an den Enden der Leitung berücksichtigt, wo der Supraleiter bei normalen Temperaturen mit den Sammelschienen verbunden werden muss, einige Bruchteile eines Prozents nicht überschreiten, und in herkömmlichen Stromleitungen sind die Verluste der Fall 5...10-mal größer!

Die Basis der Energie Anfang des XXI Jahrhundert können nukleare und thermonukleare Kraftwerke mit extrem leistungsstarken Stromgeneratoren entstehen. Elektrische Felder, erzeugt durch supraleitende Elektromagnete, können mächtige Ströme entlang supraleitender Stromleitungen in supraleitende Energiespeicher fließen, von wo aus sie bei Bedarf von Verbrauchern entnommen werden. Kraftwerke werden in der Lage sein, sowohl Tag als auch Nacht gleichmäßig Strom zu erzeugen, und die Befreiung von planmäßigen Betriebszuständen sollte die Effizienz und Lebensdauer der Haupteinheiten erhöhen.

Weltraumsolarstationen können zu bodengestützten Kraftwerken hinzugefügt werden. Über festen Punkten auf dem Planeten schwebend müssten sie die Sonnenstrahlen in kurzwellige elektromagnetische Strahlung umwandeln, um fokussierte Energieströme an bodengestützte Konverter in industrielle Ströme zu senden. Alle elektrischen Geräte bodengestützter elektrischer Systeme müssen supraleitend sein, da sonst die Verluste in Leitern mit endlicher elektrischer Leitfähigkeit offenbar unannehmbar groß sind.


Abschluss

Die Weltanschauung und das Wohlbefinden eines Menschen hängen maßgeblich vom Fortschritt der Wissenschaft ab.

Erstaunliche Entdeckungen verdanken wir einem kleinen zitternden Pfeil, der an einem Ende schwarz und am anderen Ende rot bemalt ist. Unbekannte Welten, exotische Tiere, duftende Inseln, eisige Kontinente und zivilisationsunkundige Völker erschienen vor den Augen der staunenden „Fregattenfahrer“ und überprüften mit der kleinen Kompassnadel ihren Weg ...

In einem riesigen Arsenal an Werkzeugen moderne Wissenschaft Der Magnet nimmt einen ganz besonderen Platz ein. Ohne sie ist keine Forschung, keine Wissenschaft, keine Industrie, kein zivilisiertes Leben möglich. Wenn wir uns auch daran erinnern, dass die Erde, wenn sie kein Magnetfeld hätte, jetzt ein durch kosmische Strahlung verbrannter Planet wäre, wie der Mars, dann kann man so etwas wie Dankbarkeit gegenüber Magneten empfinden.

Doch neben der Dankbarkeit verdient ein Magnet auch Respekt – schließlich müssen wir, wenn wir im historischen Maßstab denken, zugeben, dass wir über die Art der Anziehungskraft des Magneten noch wenig sagen können.

Die Frage der magnetischen Anziehung wird noch Jahrhunderte lang Jungen und Wissenschaftler beschäftigen. Überschätzen wir unser Wissen nicht. Wer das tut, gerät oft in Schwierigkeiten. Erinnern wir uns daran, was 1755 in einer Londoner Wochenzeitung über Elektrizität geschrieben wurde: „Elektrizität ist eine vom Menschen gut erforschte Kraft.“ Es wird erfolgreich zur Behandlung von Krankheiten eingesetzt; diese Kraft kann die Entwicklung von Pflanzen beschleunigen.“

Diese Worte wurden vor Faraday, Ampere und Maxwell geschrieben, als die Menschen, wie wir jetzt mit Sicherheit sagen können, fast nichts über Elektrizität wussten. Und jetzt, in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, wird wahrscheinlich kein Wissenschaftler den Mut finden zu sagen: „Elektrizität ist eine vom Menschen gut erforschte Kraft.“

Wir wissen viel über Elektrizität und Magnetismus und lernen jeden Tag mehr. Aber hinter einem Problem tauchen andere auf, die nicht weniger komplex und interessant sind. Das Leben wird immer voller Geheimnisse sein. Und neben den komplexesten – dem Rätsel des Lebens und dem Rätsel des Universums – wird das Rätsel des Magneten immer Nahrung für einen neugierigen Geist bieten.

Albert Einstein erinnerte sich für den Rest seines Lebens an den Tag, als er, ein vierjähriges Kind, ein neues Spielzeug bekam – einen Kompass. Sein ganzes Leben lang bewahrte er sein kindliches Staunen über die wunderbaren Eigenschaften eines Magneten, genau die Eigenschaften, die unsere Vorfahren vor Tausenden von Jahren begeisterten.

Es ist unwahrscheinlich, dass es jemals jemanden geben wird, der es auf sich nimmt zu sagen: „Ich habe das Rätsel des Magneten verstanden!“ Allerdings konnten Wissenschaftler, die nur einen überraschend kleinen Teil des Geheimnisses kennengelernt haben, Geräte entwickeln, die mit den stärksten von der Natur geschaffenen Magneten mithalten können.


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9. Kholodov, Yu.A. Der Mann im magnetischen Netz: / Yu.A. Cholodow. – M.: Wissen, 1972 – 173 S.

10. Elektromagnetische Dynamometer // Wissenschaft und Technologie. - 2008. - Nr. 5. - S.25-27

Es gibt zwei Haupttypen von Magneten: Permanentmagnete und Elektromagnete. Sie können anhand seiner Haupteigenschaften bestimmen, was ein Permanentmagnet ist. Ein Permanentmagnet hat seinen Namen, weil sein Magnetismus immer „an“ ist. Im Gegensatz zu einem Elektromagneten, der aus einem um einen Eisenkern gewickelten Draht besteht und Stromfluss benötigt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, erzeugt er ein eigenes Magnetfeld.

Geschichte der Untersuchung magnetischer Eigenschaften

Vor Jahrhunderten entdeckten Menschen, dass einige Gesteinsarten eine ursprüngliche Eigenschaft haben: Sie werden von Eisengegenständen angezogen. Magnetit wird in alten historischen Chroniken erwähnt: vor mehr als zweitausend Jahren in europäischen und viel früher in ostasiatischen. Zunächst galt es als merkwürdiges Objekt.

Später wurde Magnetit zur Navigation verwendet, wobei sich herausstellte, dass es dazu neigt, eine bestimmte Position einzunehmen, wenn man ihm die Freiheit gibt, sich zu drehen. Wissenschaftliche Forschung Die von P. Peregrine im 13. Jahrhundert durchgeführte Untersuchung zeigte, dass Stahl diese Eigenschaften nach dem Einreiben mit Magnetit annehmen konnte.

Magnetisierte Objekte hatten zwei Pole: „Nord“ und „Süd“, relativ zum Erdmagnetfeld. Wie Peregrine herausfand, war es nicht möglich, einen der Pole zu isolieren, indem man ein Magnetitfragment in zwei Teile schnitt – jedes einzelne Fragment hatte schließlich ein eigenes Polpaar.

Nach heutigen Vorstellungen ist das Magnetfeld von Permanentmagneten die resultierende Ausrichtung der Elektronen in eine Richtung. Nur einige Arten von Materialien interagieren mit Magnetfeldern; eine viel geringere Anzahl von ihnen ist in der Lage, ein konstantes Magnetfeld aufrechtzuerhalten.

Eigenschaften von Permanentmagneten

Die Haupteigenschaften von Permanentmagneten und dem von ihnen erzeugten Feld sind:

  • die Existenz zweier Pole;
  • Gegenpole ziehen sich an und gleiche Pole stoßen sich ab (wie positive und negative Ladungen);
  • magnetische Kraft breitet sich unmerklich im Raum aus und dringt durch Gegenstände (Papier, Holz);
  • In der Nähe der Pole ist ein Anstieg der MF-Intensität zu beobachten.

Permanentmagnete unterstützen den MP ohne fremde Hilfe. Abhängig von ihren magnetischen Eigenschaften werden Materialien in Haupttypen eingeteilt:

  • Ferromagnete – leicht magnetisierbar;
  • paramagnetische Materialien – lassen sich nur schwer magnetisieren;
  • Diamagnete neigen dazu, äußere Magnetfelder zu reflektieren, indem sie in die entgegengesetzte Richtung magnetisieren.

Wichtig! Weichmagnetische Materialien wie Stahl leiten den Magnetismus, wenn er an einem Magneten befestigt wird, dieser hört jedoch auf, wenn er entfernt wird. Permanentmagnete bestehen aus hartmagnetischen Materialien.

Wie funktioniert ein Permanentmagnet?

Seine Arbeit beschäftigt sich mit der atomaren Struktur. Alle Ferromagnete erzeugen dank der Elektronen, die die Atomkerne umgeben, ein natürliches, wenn auch schwaches Magnetfeld. Diese Atomgruppen können sich in die gleiche Richtung ausrichten und werden magnetische Domänen genannt. Jede Domäne hat zwei Pole: Nord und Süd. Wenn ein ferromagnetisches Material nicht magnetisiert ist, sind seine Bereiche in zufälligen Richtungen ausgerichtet und ihre Magnetfelder heben sich gegenseitig auf.

Zur Herstellung von Permanentmagneten werden Ferromagnete auf sehr hohe Temperaturen erhitzt und starken äußeren Magnetfeldern ausgesetzt. Dies führt dazu, dass einzelne magnetische Domänen im Inneren des Materials beginnen, sich in Richtung des äußeren Magnetfelds auszurichten, bis alle Domänen ausgerichtet sind und den Punkt der magnetischen Sättigung erreichen. Das Material wird dann abgekühlt und die ausgerichteten Domänen werden in ihrer Position fixiert. Sobald der externe MF entfernt wird, behalten hartmagnetische Materialien die meisten ihrer Domänen und erzeugen einen Permanentmagneten.

Eigenschaften von Permanentmagneten

  1. Die Magnetkraft wird durch die magnetische Restinduktion charakterisiert. Designierter Br. Dies ist die Kraft, die nach dem Verschwinden des externen Abgeordneten bestehen bleibt. Gemessen in Tests (T) oder Gauss (G);
  2. Koerzitivfeldstärke oder Entmagnetisierungswiderstand – Ns. Gemessen in A/m. Zeigt an, wie groß die externe MF-Intensität sein sollte, um das Material zu entmagnetisieren.
  3. Maximale Energie – BHmax. Berechnet durch Multiplikation der remanenten Magnetkraft Br und der Koerzitivfeldstärke Hc. Gemessen in MGSE (Megaussersted);
  4. Temperaturkoeffizient der Restmagnetkraft – Тс von Br. Charakterisiert die Abhängigkeit von Br vom Temperaturwert;
  5. Tmax – Höchster Wert Temperatur, bei der Permanentmagnete ihre Eigenschaften verlieren und die Möglichkeit einer umgekehrten Wiederherstellung besteht;
  6. Tcur ist der höchste Temperaturwert, bei dem das magnetische Material seine Eigenschaften irreversibel verliert. Dieser Indikator wird Curie-Temperatur genannt.

Die Eigenschaften einzelner Magnete ändern sich je nach Temperatur. Bei unterschiedliche Bedeutungen Abhängig von den Temperaturen funktionieren verschiedene Arten magnetischer Materialien unterschiedlich.

Wichtig! Alle Permanentmagnete verlieren mit steigender Temperatur einen Teil ihres Magnetismus, allerdings je nach Typ unterschiedlich schnell.

Arten von Permanentmagneten

Es gibt fünf Arten von Permanentmagneten, die jeweils unterschiedlich aus Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden:

  • Alnico;
  • Ferrite;
  • Seltenerd-SmCo auf Basis von Kobalt und Samarium;
  • Neodym;
  • Polymer.

Alnico

Hierbei handelt es sich um Permanentmagnete, die hauptsächlich aus einer Kombination von Aluminium, Nickel und Kobalt bestehen, aber auch Kupfer, Eisen und Titan enthalten können. Aufgrund der Eigenschaften von Alnico-Magneten können sie bei höchsten Temperaturen betrieben werden und behalten dabei ihren Magnetismus, sie entmagnetisieren sich jedoch leichter als Ferrit oder Seltenerd-SmCo. Sie waren die ersten in Massenproduktion hergestellten Permanentmagnete und ersetzten magnetisierte Metalle und teure Elektromagnete.

Anwendung:

  • Elektromotoren;
  • Wärmebehandlung;
  • Lager;
  • Luft- und Raumfahrtfahrzeuge;
  • militärische Ausrüstung;
  • Be- und Entladegeräte für hohe Temperaturen;
  • Mikrofone.

Ferrite

Zur Herstellung von Ferritmagneten, auch Keramik genannt, werden Strontiumcarbonat und Eisenoxid im Verhältnis 10/90 verwendet. Beide Materialien sind reichlich vorhanden und wirtschaftlich verfügbar.

Aufgrund ihrer geringen Produktionskosten, Hitzebeständigkeit (bis 250°C) und Korrosion gehören Ferritmagnete zu den beliebtesten Magneten für den täglichen Gebrauch. Sie haben eine größere innere Koerzitivfeldstärke als Alnico, aber eine geringere magnetische Stärke als ihre Neodym-Gegenstücke.

Anwendung:

  • Tonlautsprecher;
  • Sicherheitssysteme;
  • große Plattenmagnete zum Entfernen von Eisenverunreinigungen aus Prozessleitungen;
  • Elektromotoren und Generatoren;
  • medizinische Instrumente;
  • Hebemagnete;
  • Magnete für die Meeressuche;
  • Geräte, die auf dem Betrieb von Wirbelströmen basieren;
  • Schalter und Relais;
  • Bremsen

Seltenerd-SmCo-Magnete

Kobalt- und Samarium-Magnete arbeiten in einem weiten Temperaturbereich, haben hohe Temperaturkoeffizienten und eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Dieser Typ behält seine magnetischen Eigenschaften auch bei Temperaturen unter dem absoluten Nullpunkt, was ihn für den Einsatz in kryogenen Anwendungen beliebt macht.

Anwendung:

  • Turbo-Technologie;
  • Pumpenkupplungen;
  • feuchte Umgebungen;
  • Hochtemperaturgeräte;
  • Miniatur-Elektrorennwagen;
  • Funkelektronische Geräte für den Betrieb unter kritischen Bedingungen.

Neodym-Magneten

Die stärksten existierenden Magnete, bestehend aus einer Legierung aus Neodym, Eisen und Bor. Dank ihrer enormen Kraft sind selbst Miniaturmagnete wirksam. Dies sorgt für vielseitige Einsatzmöglichkeiten. Jede Person befindet sich ständig in der Nähe eines der Neodym-Magnete. Sie befinden sich beispielsweise in einem Smartphone. Die Herstellung von Elektromotoren, medizinischen Geräten und Funkelektronik setzt auf ultrastarke Neodym-Magnete. Aufgrund ihrer Ultrafestigkeit, enormen Magnetkraft und Entmagnetisierungsresistenz sind Proben bis zu 1 mm möglich.

Anwendung:

  • Festplatten;
  • Tonwiedergabegeräte – Mikrofone, akustische Sensoren, Kopfhörer, Lautsprecher;
  • Prothesen;
  • Magnetisch gekoppelte Pumpen;
  • Türschließer;
  • Motoren und Generatoren;
  • Schlösser für Schmuck;
  • MRT-Scanner;
  • Magnetfeldtherapie;
  • ABS-Sensoren in Autos;
  • Hebezeuge;
  • Magnetabscheider;
  • Reedschalter usw.

Flexible Magnete enthalten magnetische Partikel in einem Polymerbindemittel. Wird für einzigartige Geräte verwendet, bei denen die Installation solider Analoga nicht möglich ist.

Anwendung:

  • Display-Werbung – schnelle Befestigung und schnelle Entfernung auf Messen und Veranstaltungen;
  • Fahrzeugschilder, Schultafeln, Firmenlogos;
  • Spielzeug, Puzzles und Spiele;
  • Abdeckflächen zum Malen;
  • Kalender und magnetische Lesezeichen;
  • Fenster- und Türdichtungen.

Die meisten Permanentmagnete sind spröde und sollten nicht als Strukturbauteile verwendet werden. Sie werden in Standardformen hergestellt: Ringe, Stäbe, Scheiben und einzeln: Trapeze, Bögen usw. Neodym-Magnete sind aufgrund ihres hohen Eisengehalts anfällig für Korrosion und werden daher mit Nickel, Edelstahl, Teflon und Titan beschichtet , Gummi und andere Materialien.

Video

Es ist sinnvoll, gleich zu Beginn der Arbeit einige Definitionen und Erläuterungen bereitzustellen.

Wenn an einem Ort eine Kraft auf sich bewegende Körper mit einer Ladung einwirkt, die auf stationäre oder ladungslose Körper nicht wirkt, dann sagt man, dass an diesem Ort eine Kraft vorhanden ist. ein magnetisches Feld eine der allgemeineren Formenelektromagnetisches Feld.

Es gibt Körper, die in der Lage sind, ein magnetisches Feld um sich herum zu erzeugen (und ein solcher Körper wird auch von der Kraft eines magnetischen Feldes beeinflusst); man sagt, dass sie magnetisiert sind und ein magnetisches Moment haben, das die Fähigkeit des Körpers bestimmt, ein magnetisches Feld zu erzeugen . Solche Körper werden aufgerufen Magnete.

Es ist zu beachten, dass verschiedene Materialien unterschiedlich auf ein äußeres Magnetfeld reagieren.

Es gibt Materialien, die die Wirkung des äußeren Feldes in sich selbst abschwächen Paramagnetische Materialien und das äußere Feld in sich selbst zu stärken Diamagnete.

Es gibt Materialien mit einer enormen (tausendfachen) Fähigkeit, das äußere Feld in sich selbst zu verstärken – Eisen, Kobalt, Nickel, Gadolinium, Legierungen und Verbindungen dieser Metalle werden sie genanntFerromagnete.

Unter den Ferromagneten gibt es Materialien, die, nachdem sie einem ausreichend starken äußeren Magnetfeld ausgesetzt wurden, selbst zu Magneten werdenhartmagnetische Materialien.

Es gibt Materialien, die ein äußeres Magnetfeld bündeln und sich, solange es aktiv ist, wie Magnete verhalten; aber wenn das äußere Feld verschwindet, werden sie nicht zu Magnetenweichmagnetische Materialien

EINFÜHRUNG

Wir sind an den Magneten gewöhnt und behandeln ihn ein wenig herablassend als veraltetes Attribut des Schulphysikunterrichts, wobei wir manchmal nicht einmal ahnen, wie viele Magnete es um uns herum gibt. In unseren Wohnungen gibt es Dutzende von Magneten: in Elektrorasierern, Lautsprechern, Tonbandgeräten, in Uhren, schließlich in Gläsern mit Nägeln. Auch wir selbst sind Magnete: Die in uns fließenden Bioströme erzeugen um uns herum ein bizarres Muster magnetischer Kraftlinien. Die Erde, auf der wir leben, ist ein riesiger blauer Magnet. Die Sonne ist eine gelbe Plasmakugel, ein noch grandioserer Magnet. Galaxien und Nebel, die durch Teleskope kaum sichtbar sind, sind Magnete von unvorstellbarer Größe. Thermonukleare Fusion, magnetodynamische Stromerzeugung, Beschleunigung geladener Teilchen in Synchrotrons, Anheben versunkener Schiffe – all das sind Bereiche, in denen enorme Magnete von beispielloser Größe benötigt werden. Das Problem der Erzeugung starker, superstarker, ultrastarker und noch stärkerer Magnetfelder ist zu einem der Hauptprobleme der modernen Physik und Technologie geworden.

Der Magnet ist dem Menschen seit jeher bekannt. Wir haben Erwähnungen erhalten

über Magnete und ihre Eigenschaften in WerkenThales von Milet (ca. 600 v. Chr.) und Platon (427347 v. Chr.). Das Wort „Magnet“ selbst entstand aufgrund der Tatsache, dass die Griechen in Magnesia (Thessalien) natürliche Magnete entdeckten.

Natürliche (oder natürliche) Magnete kommen in der Natur in Form von Vorkommen magnetischer Erze vor. Der größte bekannte natürliche Magnet befindet sich an der Universität Tartu. Seine Masse beträgt 13 kg und er kann eine Last von 40 kg heben.

Künstliche Magnete sind Magnete, die vom Menschen auf der Grundlage verschiedener Faktoren hergestellt wurdenFerromagnete. Sogenannte „Pulver“-Magnete (aus Eisen, Kobalt und einigen anderen Zusatzstoffen) können eine Last von mehr als dem 5.000-fachen ihres Eigengewichts halten.

MIT Es gibt zwei künstliche Magnete verschiedene Typen:

Einige sogenanntePermanentmagnete, hergestellt aus „magnetisch hart» Materialien. Ihre magnetischen Eigenschaften hängen nicht mit der Verwendung externer Quellen oder Ströme zusammen.

Eine andere Art sind die sogenannten Elektromagnete mit Kern aus " weichmagnetisch» Drüse. Die von ihnen erzeugten Magnetfelder entstehen hauptsächlich dadurch, dass der Draht der den Kern umgebenden Wicklung vorbeiläuft elektrischer Strom.

Im Jahr 1600 wurde in London das Buch des königlichen Arztes W. Gilbert „Über den Magneten, die magnetischen Körper und den großen Magneten – die Erde“ veröffentlicht. Diese Arbeit war der erste uns bekannte Versuch, magnetische Phänomene aus wissenschaftlicher Sicht zu untersuchen. Dieses Werk enthält die damals verfügbaren Informationen über Elektrizität und Magnetismus sowie die Ergebnisse eigener Experimente des Autors.

Aus allem, was einem Menschen begegnet, strebt er in erster Linie danach, praktischen Nutzen daraus zu ziehen. Auch dem Magneten entging dieses Schicksal nicht.

In meiner Arbeit werde ich versuchen zu verfolgen, wie Magnete von Menschen nicht für Kriege, sondern für friedliche Zwecke eingesetzt werden, einschließlich der Verwendung von Magneten in der Biologie, Medizin und im Alltag.

MIT MAGNETEN.

KOMPASS, ein Gerät zur Bestimmung horizontaler Richtungen am Boden. Wird verwendet, um die Richtung zu bestimmen, in die sich ein Schiff, Flugzeug oder Bodenfahrzeug bewegt. die Richtung, in die der Fußgänger geht; Wegbeschreibungen zu einem Objekt oder Orientierungspunkt. Kompasse werden in zwei Hauptklassen eingeteilt: Magnetkompasse vom Zeigertyp, die von Topographen und Touristen verwendet werden, und nichtmagnetische Kompasse wie Kreiselkompasse und Funkkompasse.

Bis zum 11. Jahrhundert. bezieht sich auf die Botschaft der Chinesen Shen Kua und Chu Yu über die Herstellung von Kompassen aus natürlichen Magneten und deren Verwendung in der Navigation. Wenn

Wenn eine lange Nadel aus einem natürlichen Magneten auf einer Achse balanciert ist, die es ihr ermöglicht, sich in einer horizontalen Ebene frei zu drehen, dann zeigt sie immer mit einem Ende nach Norden und mit dem anderen nach Süden. Durch Markieren des nach Norden weisenden Endes können Sie mit einem solchen Kompass die Richtung bestimmen.

An den Enden einer solchen Nadel waren magnetische Effekte konzentriert, weshalb sie Pole (Nord- bzw. Südpol) genannt wurden.

Magnete werden vor allem in der Elektrotechnik, Funktechnik, im Instrumentenbau, in der Automatisierung und Telemechanik eingesetzt. Hier werden ferromagnetische Materialien zur Herstellung von Magnetkreisen, Relais usw. verwendet.

Im Jahr 1820 entdeckte G. Oersted (1777–1851), dass ein stromdurchflossener Leiter auf eine Magnetnadel einwirkt und diese dreht. Nur eine Woche später zeigte Ampere, dass zwei parallele Leiter mit Strom in die gleiche Richtung voneinander angezogen werden. Später schlug er vor, dass alle magnetischen Phänomene durch Ströme verursacht werden und die magnetischen Eigenschaften von Permanentmagneten mit ständig zirkulierenden Strömen in diesen Magneten zusammenhängen. Diese Annahme steht voll und ganz im Einklang mit modernen Vorstellungen.

Elektrische Maschinengeneratoren und Elektromotoren -Rotationsmaschinen, die entweder mechanische Energie in elektrische Energie (Generatoren) oder elektrische Energie in mechanische Energie (Motoren) umwandeln. Der Betrieb von Generatoren basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion: In einem Draht, der sich in einem Magnetfeld bewegt, wird eine elektromotorische Kraft (EMF) induziert. Der Betrieb von Elektromotoren beruht darauf, dass auf einen stromdurchflossenen Draht, der sich in einem transversalen Magnetfeld befindet, eine Kraft wirkt.

Magnetoelektrische Geräte.Solche Geräte nutzen die Wechselwirkungskraft des Magnetfelds mit dem Strom in den Windungen der Wicklung des beweglichen Teils und neigen dazu, dieses zu drehen

Induktionsstromzähler. Ein Induktionsmessgerät ist nichts anderes als ein Wechselstrom-Elektromotor mit geringer Leistung und zwei Wicklungen: einer Stromwicklung und einer Spannungswicklung. Eine zwischen den Wicklungen platzierte leitfähige Scheibe dreht sich unter dem Einfluss eines Drehmoments, das proportional zur aufgenommenen Leistung ist. Dieses Drehmoment wird durch Ströme ausgeglichen, die von einem Permanentmagneten in die Scheibe induziert werden, sodass die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe proportional zum Stromverbrauch ist.

Elektrische Armbanduhrangetrieben durch eine Miniaturbatterie. Sie benötigen zum Betrieb weitaus weniger Teile als mechanische Uhren. So umfasst der Schaltkreis einer typischen elektrischen tragbaren Uhr zwei Magnete, zwei Induktivitäten und einen Transistor.

Sperren - ein mechanisches, elektrisches oder elektronisches Gerät, das die Möglichkeit einer unbefugten Nutzung von etwas einschränkt. Das Schloss kann durch ein Gerät (Schlüssel) im Besitz einer bestimmten Person, durch von dieser Person eingegebene Informationen (numerischer oder alphabetischer Code) oder durch ein individuelles Merkmal (z. B. ein Netzhautmuster) dieser Person aktiviert werden. Ein Schloss verbindet in der Regel vorübergehend zwei Baugruppen oder zwei Teile in einem Gerät miteinander. In den meisten Fällen handelt es sich um mechanische Schlösser, doch zunehmend werden auch elektromagnetische Schlösser verwendet.

Magnetschlösser. Einige Modelle von Zylinderschlössern verwenden magnetische Elemente. Schloss und Schlüssel sind mit passenden Codesätzen aus Permanentmagneten ausgestattet. Beim Einführen ins Schlüsselloch richtigen Schlüssel Es zieht die inneren magnetischen Elemente des Schlosses an und bringt sie in die gewünschte Position, sodass Sie das Schloss öffnen können.

Dynamometer - ein mechanisches oder elektrisches Gerät zur Messung der Zugkraft oder des Drehmoments einer Maschine, Werkzeugmaschine oder eines Motors.

Bremsprüfständegibt es in einer Vielzahl von Designs; Dazu gehören beispielsweise die Prony-Bremse, hydraulische und elektromagnetische Bremsen.

Elektromagnetisches Dynamometerkann in Form eines Miniaturgeräts hergestellt werden, das zur Messung der Eigenschaften kleiner Motoren geeignet ist.

Galvanometer ein empfindliches Gerät zur Messung schwacher Ströme. Ein Galvanometer nutzt das Drehmoment, das durch die Wechselwirkung eines hufeisenförmigen Permanentmagneten mit einer kleinen stromdurchflossenen Spule (einem schwachen Elektromagneten) erzeugt wird, die im Spalt zwischen den Polen des Magneten hängt. Das Drehmoment und damit die Auslenkung der Spule ist proportional zum Strom und zur gesamten magnetischen Induktion im Luftspalt, sodass der Maßstab des Geräts bei kleinen Auslenkungen der Spule nahezu linear ist. Darauf basierende Geräte sind der häufigste Gerätetyp.

Das Spektrum der hergestellten Geräte ist breit und vielfältig: Schalttafelgeräte für Gleich- und Wechselstrom (magnetoelektrisch, magnetoelektrisch mit Gleichrichter und elektromagnetischen Systemen), kombinierte Geräte, Ampere-Voltmeter, zur Diagnose und Einstellung der elektrischen Ausrüstung von Fahrzeugen, Messung der Temperatur ebener Flächen , Instrumente zur Ausstattung von Schulklassen, Tester und Messgeräte für verschiedene elektrische Parameter

Schleifmittelproduktion - kleine, harte, scharfe Partikel, die in freier oder freier Form verwendet werden gebundene Form zur mechanischen Bearbeitung (einschließlich Formen, Schruppen, Schleifen, Polieren) verschiedener Materialien und daraus hergestellter Produkte (von großen Stahlplatten über Sperrholzplatten bis hin zu optischen Gläsern und Computerchips). Schleifmittel können natürlich oder künstlich sein. Die Wirkung von Schleifmitteln beschränkt sich darauf, einen Teil des Materials von der zu behandelnden Oberfläche zu entfernen.Bei der Herstellung künstlicher Schleifmittel setzt sich das in der Mischung enthaltene Ferrosilicium am Boden des Ofens ab, kleine Mengen werden jedoch in das Schleifmittel eingebettet und später von einem Magneten entfernt.

Die magnetischen Eigenschaften von Materie werden in Wissenschaft und Technik häufig genutzt, um die Struktur verschiedener Körper zu untersuchen. So sind sie entstanden Wissenschaften:

Magnetoch und Miya (Magnetochemie) – ein Zweig der physikalischen Chemie, der die Beziehung zwischen den magnetischen und chemischen Eigenschaften von Substanzen untersucht; Darüber hinaus untersucht die Magnetochemie den Einfluss magnetischer Felder auf chemische Prozesse. Die Magnetochemie basiert auf der modernen Physik magnetischer Phänomene. Die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen magnetischen und chemischen Eigenschaften ermöglicht es, die Merkmale der chemischen Struktur eines Stoffes zu klären.

Magnetische Fehlererkennung, eine Methode zur Fehlersuche, die auf der Untersuchung von Magnetfeldverzerrungen basiert, die an Fehlern in Produkten aus ferromagnetischen Materialien auftreten.

. Mikrowellentechnologie

Ultrahochfrequenzbereich (UHF) - Frequenzbereich elektromagnetischer Strahlung (100¸ 300.000 Millionen Hertz), liegt im Spektrum zwischen ultrahohen Fernsehfrequenzen und fernen Infrarotfrequenzen

Verbindung. Mikrowellenradiowellen werden in der Kommunikationstechnik häufig eingesetzt. Neben verschiedenen militärischen Funksystemen gibt es in allen Ländern der Welt zahlreiche kommerzielle Mikrowellen-Kommunikationsleitungen. Da solche Funkwellen nicht der Krümmung der Erdoberfläche folgen, sondern sich geradlinig ausbreiten, bestehen diese Kommunikationsverbindungen typischerweise aus Relaisstationen, die in Abständen von etwa 50 km auf Hügeln oder Funktürmen installiert sind.

Wärmebehandlung von Lebensmitteln.Mikrowellenstrahlung wird zur Wärmebehandlung von Lebensmitteln im Haushalt und in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Die von Hochleistungs-Vakuumröhren erzeugte Energie kann auf ein kleines Volumen konzentriert werden, um eine hocheffiziente thermische Verarbeitung von Produkten in sogenannten Vakuumröhren zu ermöglichen. Mikrowellen- oder Mikrowellenherde, die sich durch Sauberkeit, Geräuschlosigkeit und Kompaktheit auszeichnen. Solche Geräte werden in Flugzeugküchen, Eisenbahnspeisewagen und Verkaufsautomaten eingesetzt, wo eine schnelle Zubereitung und Zubereitung von Speisen erforderlich ist. Die Industrie produziert auch Mikrowellenherde für den Hausgebrauch.

Der schnelle Fortschritt auf dem Gebiet der Mikrowellentechnologie ist größtenteils mit der Erfindung spezieller Elektrovakuumgeräte verbunden – Magnetron und Klystron, die große Mengen an Mikrowellenenergie erzeugen können. Ein Generator auf Basis einer herkömmlichen Vakuumtriode, der bei niedrigen Frequenzen eingesetzt wird, erweist sich im Mikrowellenbereich als sehr wirkungslos.

Magnetron. Das vor dem Zweiten Weltkrieg in Großbritannien erfundene Magnetron weist diese Nachteile nicht auf, da es auf einem völlig anderen Ansatz zur Erzeugung von Mikrowellenstrahlung basiert – dem Prinzip eines volumetrischen Resonators

Das Magnetron verfügt über mehrere volumetrische Resonatoren, die symmetrisch um die in der Mitte befindliche Kathode angeordnet sind. Das Gerät wird zwischen den Polen eines starken Magneten platziert.

Wanderwellenlampe (TWT).Ein weiteres Elektrovakuumgerät zur Erzeugung und Verstärkung elektromagnetischer Wellen im Mikrowellenbereich ist eine Wanderwellenlampe. Es besteht aus einem dünnen Vakuumrohr, das in eine fokussierende Magnetspule eingesetzt ist.

Partikelbeschleuniger, eine Anlage, in der mit Hilfe elektrischer und magnetischer Felder gerichtete Strahlen von Elektronen, Protonen, Ionen und anderen geladenen Teilchen mit einer Energie erzeugt werden, die die thermische Energie deutlich übersteigt.

Moderne Beschleuniger nutzen zahlreiche und unterschiedliche Arten von Technologien, darunter leistungsstarke Präzisionsmagnete.

In der medizinischen Therapie und DiagnostikBeschleuniger spielen eine wichtige praktische Rolle. Viele Krankenhäuser auf der ganzen Welt verfügen mittlerweile über kleine Elektronenlinearbeschleuniger, die intensive Röntgenstrahlen erzeugen, die zur Behandlung von Tumoren eingesetzt werden. In geringerem Umfang kommen Zyklotrone oder Synchrotrone zur Erzeugung von Protonenstrahlen zum Einsatz. Der Vorteil von Protonen gegenüber Röntgenstrahlung in der Tumortherapie ist eine lokalisiertere Energiefreisetzung. Daher ist die Protonentherapie besonders wirksam bei der Behandlung von Tumoren des Gehirns und der Augen, bei denen die Schädigung des umliegenden gesunden Gewebes so gering wie möglich sein sollte.

Vertreter verschiedener Wissenschaften berücksichtigen magnetische Felder in ihrer Forschung. Ein Physiker misst die Magnetfelder von Atomen und Elementarteilchen, ein Astronom untersucht die Rolle kosmischer Felder bei der Entstehung neuer Sterne, ein Geologe nutzt Anomalien im Erdmagnetfeld, um Vorkommen magnetischer Erze zu finden, und neuerdings auch die Biologie war auch aktiv an der Erforschung und Verwendung von Magneten beteiligt.

Biologieerste Hälfte XX Jahrhunderte haben lebenswichtige Funktionen sicher beschrieben, ohne die Existenz irgendwelcher Magnetfelder zu berücksichtigen. Darüber hinaus hielten es einige Biologen für notwendig zu betonen, dass selbst ein starkes künstliches Magnetfeld keinen Einfluss auf biologische Objekte hat.

Über den Einfluss magnetischer Felder auf biologische Prozesse stand in den Enzyklopädien nichts. Jedes Jahr tauchen in der wissenschaftlichen Literatur auf der ganzen Welt vereinzelte positive Überlegungen zu der einen oder anderen biologischen Wirkung von Magnetfeldern auf. Dieses schwache Rinnsal konnte jedoch den Eisberg des Misstrauens nicht einmal in der Formulierung des Problems selbst schmelzen ... Und plötzlich verwandelte sich das Rinnsal in einen stürmischen Strom. Die Lawine magnetobiologischer Veröffentlichungen nimmt seit den frühen 60er Jahren stetig zu und übertönt skeptische Aussagen.

Aus den Alchemisten XVI Jahrhundert und bis heute hat die biologische Wirkung des Magneten vielfach Bewunderer und Kritiker gefunden. Im Laufe mehrerer Jahrhunderte kam es immer wieder zu einem Anstieg und einem Rückgang des Interesses an der heilenden Wirkung von Magneten. Mit seiner Hilfe versuchten sie (und nicht ohne Erfolg) Nervenkrankheiten, Zahnschmerzen, Schlaflosigkeit, Leber- und Magenschmerzen – Hunderte von Krankheiten – zu behandeln.

Zu medizinischen Zwecken wurden Magnete wahrscheinlich schon früher eingesetzt als zur Bestimmung der Himmelsrichtungen.

Als lokales äußerliches Heilmittel und als Amulett erfreute sich der Magnet großer Beliebtheit bei Chinesen, Indern, Ägyptern und Arabern. Griechen, Römer usw. Der Philosoph Aristoteles und der Historiker Plinius erwähnen in ihren Werken seine medizinischen Eigenschaften.

In der zweiten Hälfte XX Jahrhundert haben sich Magnetarmbänder weit verbreitet und wirken sich positiv auf Patienten mit Blutdruckstörungen (Hypertonie und Hypotonie) aus.

Neben Permanentmagneten kommen auch Elektromagnete zum Einsatz. Sie werden auch bei vielfältigen Problemen in Wissenschaft, Technik, Elektronik und Medizin eingesetzt (Nervenerkrankungen, Gefäßerkrankungen der Extremitäten, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs).

Wissenschaftler neigen vor allem zu der Annahme, dass Magnetfelder die Widerstandskraft des Körpers erhöhen.

Es gibt elektromagnetische Blutgeschwindigkeitsmesser, Miniaturkapseln, die mithilfe externer Magnetfelder durch Blutgefäße bewegt werden können, um diese zu erweitern, an bestimmten Stellen des Weges Proben zu entnehmen oder umgekehrt verschiedene Medikamente lokal aus den Kapseln zu entnehmen.

Eine magnetische Methode zur Entfernung von Metallpartikeln aus dem Auge ist weit verbreitet.

Die meisten von uns sind mit der Untersuchung der Herzfunktion mithilfe elektrischer Sensoren – einem Elektrokardiogramm – vertraut. Vom Herzen erzeugte elektrische Impulse erzeugen ein magnetisches Feld des Herzens, das max Werte ist 10-6 die Stärke des Erdmagnetfeldes. Der Wert der Magnetokardiographie besteht darin, dass Sie damit Informationen über die elektrisch „stillen“ Bereiche des Herzens erhalten können.

Es sollte beachtet werden, dass Biologen nun von Physikern verlangen, eine Theorie über den primären Mechanismus der biologischen Wirkung des Magnetfelds zu liefern, und dass Physiker als Reaktion darauf von Biologen mehr bewiesene biologische Fakten verlangen. Es liegt auf der Hand, dass eine enge Zusammenarbeit verschiedener Spezialisten erfolgreich sein wird.

Ein wichtiger Zusammenhang zwischen magnetobiologischen Problemen ist die Reaktion des Nervensystems auf Magnetfelder. Es ist das Gehirn, das als erstes auf Veränderungen in der äußeren Umgebung reagiert. Die Untersuchung seiner Reaktionen wird der Schlüssel zur Lösung vieler Probleme der Magnetobiologie sein.

Die einfachste Schlussfolgerung, die sich aus dem oben Gesagten ziehen lässt, ist, dass es keinen Bereich angewandter menschlicher Aktivität gibt, in dem Magnete nicht verwendet werden.

Verweise:

  1. TSB, zweite Auflage, Moskau, 1957.
  2. Kholodov Yu.A. „Der Mann im magnetischen Netz“, „Znanie“, Moskau, 1972.
  3. Materialien aus der Internet-Enzyklopädie
  4. Putilov K.A. „Physikkurs“, „Fizmatgiz“, Moskau, 1964.

Eines der erstaunlichsten Naturphänomene ist die Manifestation von Magnetismus in einigen Materialien. Permanentmagnete sind seit der Antike bekannt. Vor den großen Entdeckungen auf dem Gebiet der Elektrizität wurden Permanentmagnete von Ärzten verschiedener Nationen in der Medizin aktiv eingesetzt. Die Menschen holten sie aus den Eingeweiden der Erde in Form von magnetischen Eisenerzstücken. Im Laufe der Zeit lernten die Menschen, künstliche Magnete herzustellen, indem sie Produkte aus Eisenlegierungen daneben platzierten natürliche Quellen Magnetfeld.

Die Natur des Magnetismus

Die Demonstration der Eigenschaften eines Magneten, Metallgegenstände anzuziehen, wirft bei den Menschen die Frage auf: Was sind Permanentmagnete? Was ist die Natur eines Phänomens wie der Traktion von Metallgegenständen in Richtung Magnetit?

Die erste Erklärung der Natur des Magnetismus lieferte der große Wissenschaftler Ampere in seiner Hypothese. In jeder Materie fließen elektrische Ströme unterschiedlicher Stärke. Ansonsten nennt man sie Ampereströme. Elektronen, die sich um ihre eigene Achse drehen, kreisen auch um den Atomkern. Dadurch entstehen elementare Magnetfelder, die im Zusammenspiel miteinander das Gesamtfeld der Materie bilden.

In potentiellen Magnetiten sind die Felder der atomaren Gitterelemente ohne äußeren Einfluss zufällig ausgerichtet. Ein äußeres Magnetfeld „ordnet“ die Mikrofelder der Materialstruktur in eine genau definierte Richtung. Die Potentiale der gegenüberliegenden Enden des Magnetits stoßen sich gegenseitig ab. Wenn Sie die identischen Pole zweier Streifen-PMs näher zusammenbringen, spüren die Hände einer Person einen Widerstand gegen die Bewegung. Verschiedene Pole tendieren zueinander.

Wenn Stahl oder eine Eisenlegierung in ein äußeres Magnetfeld gebracht wird, sind die inneren Felder des Metalls streng in eine Richtung ausgerichtet. Dadurch erhält das Material die Eigenschaften eines Permanentmagneten (PM).

Wie man ein Magnetfeld sieht

Um die Struktur des Magnetfeldes visuell zu erfassen, reicht es aus, ein einfaches Experiment durchzuführen. Nehmen Sie dazu zwei Magnete und kleine Metallspäne.

Wichtig! Im Alltag findet man Permanentmagnete in zwei Formen: in Form eines geraden Streifens und in Form eines Hufeisens.

Nachdem der PM-Streifen mit einem Blatt Papier abgedeckt wurde, werden Eisenspäne darauf gegossen. Die Teilchen richten sich augenblicklich entlang der Magnetfeldlinien aus, was eine klare Vorstellung von diesem Phänomen vermittelt.

Arten von Magneten

Permanentmagnete werden in zwei Typen unterteilt:

  • natürlich;
  • künstlich.

Natürlich

In der Natur ist ein natürlicher Permanentmagnet ein Fossil in Form eines Eisenerzfragments. Magnetisches Gestein (Magnetit) hat in jedem Land einen eigenen Namen. Aber in jedem Namen gibt es ein Konzept wie „lieben“, „Metall anziehen“. Der Name Magnitogorsk bedeutet die Lage der Stadt neben Bergvorkommen von natürlichem Magnetit. Viele Jahrzehnte lang wurde hier aktiv Magneterz abgebaut. Heute ist vom Magnetic Mountain nichts mehr übrig. Dies war die Entwicklung und Gewinnung von natürlichem Magnetit.

Bis die Menschheit das richtige Maß an wissenschaftlichem und technischem Fortschritt erreichte, dienten natürliche Permanentmagnete für verschiedene Vergnügungen und Tricks.

Künstlich

Künstliche PMs werden durch Induzieren eines externen Magnetfelds auf verschiedene Metalle und deren Legierungen erhalten. Es wurde festgestellt, dass einige Materialien das erworbene Feld über einen langen Zeitraum beibehalten – sie werden als Vollmagnete bezeichnet. Materialien, die schnell die Eigenschaften von Permanentmagneten verlieren, werden als Weichmagnete bezeichnet.

Unter werkseigenen Produktionsbedingungen werden komplexe Metalllegierungen verwendet. Die Struktur der Magnico-Legierung umfasst Eisen, Nickel und Kobalt. Alnico-Legierungen enthalten Aluminium anstelle von Eisen.

Produkte aus diesen Legierungen interagieren mit starken elektromagnetischen Feldern. Das Ergebnis sind recht leistungsstarke PMs.

Anwendung von Permanentmagneten

PM ist in verschiedenen Bereichen der menschlichen Tätigkeit von nicht geringer Bedeutung. Abhängig vom Anwendungsbereich haben PMs unterschiedliche Eigenschaften. IN In letzter Zeit aktiv genutzte BasismagnetlegierungNdFeBbesteht aus folgenden chemischen Elementen:

  • „Nd“ – Niodium,
  • „Fe“ – Eisen,
  • „B“ – Bor.

Einsatzgebiete von Permanentmagneten:

  1. Ökologie;
  2. Galvanisieren;
  3. Medizin;
  4. Transport;
  5. Computertechnologien;
  6. Haushaltsgeräte;
  7. Elektrotechnik.

Ökologie

Verschiedene Abfallbehandlungssysteme wurden entwickelt und sind in Betrieb. industrielle Produktion. Magnetische Systeme reinigen Flüssigkeiten bei der Herstellung von Ammoniak, Methanol und anderen Stoffen. Magnetkollektoren „selektieren“ alle eisenhaltigen Partikel aus der Strömung.

In Gaskanälen werden ringförmige PMs installiert, die die Abgase von ferromagnetischen Einschlüssen befreien.

Separator-Magnetfallen selektieren aktiv metallhaltige Abfälle auf Förderstrecken zur Verarbeitung von Industrieabfällen.

Galvanisieren

Die Galvanisierung basiert auf der Bewegung geladener Metallionen zu entgegengesetzten Polen von Gleichstromelektroden. PMs spielen die Rolle von Produkthaltern im galvanischen Pool. In Industrieanlagen mit galvanischen Prozessen werden ausschließlich Magnete aus der NdFeB-Legierung verbaut.

Medizin

In jüngster Zeit haben Hersteller von medizinischen Geräten in großem Umfang Instrumente und Geräte beworben, die auf Permanentmagneten basieren. Dauerhaft intensives Feld durch die Eigenschaften der NdFeB-Legierung bereitgestellt.

Zur Normalisierung wird die Eigenschaft von Permanentmagneten genutzt Kreislauf, entzündliche Prozesse löschen, Knorpelgewebe wiederherstellen usw.

Transport

Transportsysteme in der Produktion sind mit PM-Anlagen ausgestattet. Während der Förderbewegung der Rohstoffe entfernen Magnete unnötige Metalleinschlüsse aus dem Array. Magnete werden verwendet, um unterschiedliche Produkte in unterschiedliche Ebenen zu lenken.

Beachten Sie! Permanentmagnete werden zum Trennen von Materialien eingesetzt, bei denen die Anwesenheit von Menschen gesundheitsschädliche Auswirkungen haben könnte.

Der Automobiltransport ist mit einer Vielzahl von Instrumenten, Komponenten und Geräten ausgestattet, wobei PMs die Hauptrolle spielen. Dies sind elektronische Zündung, automatische Fensterheber, Leerlaufregelung, Benzin- und Dieselpumpen, Frontinstrumente und vieles mehr.

Computertechnologien

Alle mobilen Geräte und Geräte der Computertechnik sind mit magnetischen Elementen ausgestattet. Die Liste umfasst Drucker, Treibermotoren, Antriebsmotoren und andere Geräte.

Haushaltsgeräte

Dabei handelt es sich hauptsächlich um Halterungen für kleine Haushaltsgegenstände. Regale mit Magnethaltern, Vorhang- und Vorhangbefestigungen, Sethalter Küchenmesser und eine Vielzahl anderer Haushaltsgeräte.

Elektrotechnik

Die auf PM basierende Elektrotechnik betrifft Bereiche wie Funkgeräte, Generatoren und Elektromotoren.

Funktechnik

PM wird verwendet, um die Kompaktheit funktechnischer Geräte zu erhöhen und die Autonomie der Geräte sicherzustellen.

Generatoren

PM-Generatoren lösen das Problem beweglicher Kontakte – Ringe mit Bürsten. Bei herkömmlichen Industriegeräten gibt es akute Probleme im Zusammenhang mit der komplexen Wartung der Ausrüstung, dem schnellen Verschleiß von Teilen und einem erheblichen Energieverlust in den Erregerkreisen.

Das einzige Hindernis bei der Entwicklung solcher Generatoren ist das Problem der Montage des PM auf einem rotierenden Rotor. In den Längsnuten des Rotors werden neuerdings Magnete angebracht, die mit niedrig schmelzendem Material gefüllt sind.

Elektromotoren

In Haushaltsgeräten und einigen Industrieanlagen haben sich Synchron-Elektromotoren mit Permanentmagneten durchgesetzt – das sind Gleichstrom-Ventilmotoren.

Wie bei den oben beschriebenen Generatoren ist der PM auf rotierenden Rotoren in Statoren mit stationärer Wicklung installiert. Der Hauptvorteil des Elektromotors ist das Fehlen kurzlebiger leitender Kontakte am Rotorkommutator.

Motoren dieser Art sind Geräte mit geringer Leistung. Dies schmälert jedoch ihren Nutzen im Bereich der Elektrotechnik in keiner Weise.

Weitere Informationen. Besonderheit Geräte ist das Vorhandensein eines Hall-Sensors, der die Rotorgeschwindigkeit reguliert.

Der Autor hofft, dass der Leser nach der Lektüre dieses Artikels eine klare Vorstellung davon hat, was ein Permanentmagnet ist. Die aktive Einführung von Permanentmagneten in die menschliche Tätigkeit stimuliert die Erfindung und Schaffung neuer ferromagnetischer Legierungen mit verbesserten magnetischen Eigenschaften.

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    Anwendung von Magneten

    Datum hinzugefügt: März 2006

    Es ist sinnvoll, gleich zu Beginn der Arbeit einige Definitionen und Erläuterungen bereitzustellen. Wenn an einem Ort eine Kraft auf bewegte Körper mit einer Ladung wirkt, die auf stationäre oder ladungslose Körper nicht wirkt, dann sagt man, dass an diesem Ort ein magnetisches Feld vorhanden ist – eine der Formen des allgemeineren elektromagnetischen Feldes.

    Es gibt Körper, die in der Lage sind, ein magnetisches Feld um sich herum zu erzeugen (und ein solcher Körper wird auch von der Kraft eines magnetischen Feldes beeinflusst); man sagt, dass sie magnetisiert sind und ein magnetisches Moment haben, das die Fähigkeit des Körpers bestimmt, ein magnetisches Feld zu erzeugen . Solche Körper werden Magnete genannt.

    Es ist zu beachten, dass verschiedene Materialien unterschiedlich auf ein äußeres Magnetfeld reagieren.

    Es gibt Materialien, die die Wirkung eines äußeren Feldes in sich selbst abschwächen – paramagnetische Materialien und solche, die das äußere Feld in sich selbst verstärken – diamagnetische Materialien. Es gibt Materialien mit einer enormen (tausendfachen) Fähigkeit, das äußere Feld in sich selbst zu verstärken – Eisen, Kobalt, Nickel, Gadolinium, Legierungen und Verbindungen dieser Metalle, sie werden Ferromagnete genannt.

    Unter den ferromagnetischen Materialien gibt es Materialien, die, nachdem sie einem ausreichend starken äußeren Magnetfeld ausgesetzt wurden, selbst zu Magneten werden – das sind hartmagnetische Materialien. Es gibt Materialien, die ein äußeres Magnetfeld bündeln und sich, solange es aktiv ist, wie Magnete verhalten; aber wenn das äußere Feld verschwindet, werden sie nicht zu Magneten – es handelt sich um weichmagnetische Materialien

    EINFÜHRUNG

    Wir sind an den Magneten gewöhnt und behandeln ihn ein wenig herablassend als veraltetes Attribut des Schulphysikunterrichts, wobei wir manchmal nicht einmal ahnen, wie viele Magnete es um uns herum gibt. In unseren Wohnungen gibt es Dutzende von Magneten: in Elektrorasierern, Lautsprechern, Tonbandgeräten, in Uhren, schließlich in Gläsern mit Nägeln. Auch wir selbst sind Magnete: Die in uns fließenden Bioströme erzeugen um uns herum ein bizarres Muster magnetischer Kraftlinien. Die Erde, auf der wir leben, ist ein riesiger blauer Magnet. Die Sonne ist eine gelbe Plasmakugel, ein noch grandioserer Magnet. Galaxien und Nebel, die durch Teleskope kaum sichtbar sind, sind Magnete von unvorstellbarer Größe. Thermonukleare Fusion, magnetodynamische Stromerzeugung, Beschleunigung geladener Teilchen in Synchrotrons, Bergung versunkener Schiffe – all das sind Bereiche, in denen enorme Magnete von beispielloser Größe benötigt werden. Das Problem der Erzeugung starker, superstarker, ultrastarker und noch stärkerer Magnetfelder ist zu einem der Hauptprobleme der modernen Physik und Technologie geworden.

    Der Magnet ist dem Menschen seit jeher bekannt. Erwähnungen von Magneten und ihren Eigenschaften haben uns in den Werken von Thales von Milet (ca. 600 v. Chr.) und Platon (427–347 v. Chr.) erreicht. Das Wort „Magnet“ selbst entstand aufgrund der Tatsache, dass die Griechen in Magnesia (Thessalien) natürliche Magnete entdeckten.

    Natürliche (oder natürliche) Magnete kommen in der Natur in Form von Vorkommen magnetischer Erze vor. Der größte bekannte natürliche Magnet befindet sich an der Universität Tartu. Seine Masse beträgt 13 kg und er kann eine Last von 40 kg heben.

    Künstliche Magnete sind künstliche Magnete, die auf verschiedenen Ferromagneten basieren. Sogenannte „Pulver“-Magnete (aus Eisen, Kobalt und einigen anderen Zusatzstoffen) können eine Last von mehr als dem 5.000-fachen ihres Eigengewichts halten.

    Es gibt zwei verschiedene Arten von künstlichen Magneten:

    Bei einigen handelt es sich um sogenannte Permanentmagnete, die aus „hartmagnetischen“ Materialien hergestellt werden. Ihre magnetischen Eigenschaften hängen nicht mit der Verwendung externer Quellen oder Ströme zusammen.

    Eine andere Art sind die sogenannten Elektromagnete mit einem Kern aus „weichmagnetischem“ Eisen. Die von ihnen erzeugten Magnetfelder entstehen hauptsächlich dadurch, dass ein elektrischer Strom durch den den Kern umgebenden Wickeldraht fließt. Im Jahr 1600 wurde in London das Buch des königlichen Arztes W. Gilbert „Über den Magneten, die magnetischen Körper und den großen Magneten – die Erde“ veröffentlicht. Diese Arbeit war der erste uns bekannte Versuch, magnetische Phänomene aus wissenschaftlicher Sicht zu untersuchen. Dieses Werk enthält die damals verfügbaren Informationen über Elektrizität und Magnetismus sowie die Ergebnisse eigener Experimente des Autors.

    Aus allem, was einem Menschen begegnet, strebt er in erster Linie danach, praktischen Nutzen daraus zu ziehen. Auch dem Magneten entging dieses Schicksal nicht.

    In meiner Arbeit werde ich versuchen zu verfolgen, wie Magnete von Menschen nicht für Kriege, sondern für friedliche Zwecke eingesetzt werden, einschließlich der Verwendung von Magneten in der Biologie, Medizin und im Alltag.

    KOMPASS, ein Gerät zur Bestimmung horizontaler Richtungen am Boden. Wird verwendet, um die Richtung zu bestimmen, in die sich ein Schiff, Flugzeug oder Bodenfahrzeug bewegt. die Richtung, in die der Fußgänger geht; Wegbeschreibungen zu einem Objekt oder Orientierungspunkt. Kompasse werden in zwei Hauptklassen eingeteilt: Magnetkompasse vom Zeigertyp, die von Topographen und Touristen verwendet werden, und nichtmagnetische Kompasse wie Kreiselkompasse und Funkkompasse.

    Bis zum 11. Jahrhundert. bezieht sich auf die Botschaft der Chinesen Shen Kua und Chu Yu über die Herstellung von Kompassen aus natürlichen Magneten und deren Verwendung in der Navigation. Wenn

    Wenn eine lange Nadel aus einem natürlichen Magneten auf einer Achse balanciert wird, die es ihr ermöglicht, sich in einer horizontalen Ebene frei zu drehen, zeigt sie immer mit einem Ende nach Norden und mit dem anderen nach Süden. Durch Markieren des nach Norden weisenden Endes können Sie mit einem solchen Kompass die Richtung bestimmen.

    An den Enden einer solchen Nadel waren magnetische Effekte konzentriert, weshalb sie Pole (Nord- bzw. Südpol) genannt wurden.

    Magnete werden vor allem in der Elektrotechnik, Funktechnik, im Instrumentenbau, in der Automatisierung und Telemechanik eingesetzt. Hier werden ferromagnetische Materialien zur Herstellung von Magnetkreisen, Relais usw. verwendet.

    Im Jahr 1820 entdeckte G. Oersted (1777–1851), dass ein stromdurchflossener Leiter auf eine Magnetnadel einwirkt und diese dreht. Nur eine Woche später zeigte Ampere, dass zwei parallele Leiter mit Strom in die gleiche Richtung voneinander angezogen werden. Später schlug er vor, dass alle magnetischen Phänomene durch Ströme verursacht werden und die magnetischen Eigenschaften von Permanentmagneten mit ständig zirkulierenden Strömen in diesen Magneten zusammenhängen. Diese Annahme steht voll und ganz im Einklang mit modernen Vorstellungen.

    Elektrische Generatoren und Elektromotoren sind Rotationsmaschinen, die entweder mechanische Energie in elektrische Energie (Generatoren) oder elektrische Energie in mechanische Energie (Motoren) umwandeln. Der Betrieb von Generatoren basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion: In einem Draht, der sich in einem Magnetfeld bewegt, wird eine elektromotorische Kraft (EMF) induziert. Der Betrieb von Elektromotoren beruht darauf, dass auf einen stromdurchflossenen Draht, der sich in einem transversalen Magnetfeld befindet, eine Kraft wirkt.

    Magnetoelektrische Geräte. Solche Geräte nutzen die Wechselwirkungskraft zwischen dem Magnetfeld und dem Strom in den Windungen der Wicklung des beweglichen Teils, was dazu führt, dass letzteres induktiv betrieben wird. Ein Induktionsmessgerät ist nichts anderes als ein Wechselstrom-Elektromotor mit geringer Leistung und zwei Wicklungen – Strom- und Spannungswicklungen. Eine zwischen den Wicklungen platzierte leitfähige Scheibe dreht sich unter dem Einfluss eines Drehmoments, das proportional zur aufgenommenen Leistung ist. Dieses Drehmoment wird durch Ströme ausgeglichen, die von einem Permanentmagneten in die Scheibe induziert werden, sodass die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe proportional zum Stromverbrauch ist.

    Elektrische Armbanduhren werden von einer Miniaturbatterie angetrieben. Sie benötigen zum Betrieb weitaus weniger Teile als mechanische Uhren. So umfasst der Schaltkreis einer typischen elektrischen tragbaren Uhr zwei Magnete, zwei Induktivitäten und einen Transistor. Ein Schloss ist ein mechanisches, elektrisches oder elektronisches Gerät, das die Möglichkeit einer unbefugten Nutzung von etwas einschränkt. Das Schloss kann durch ein Gerät (Schlüssel) im Besitz einer bestimmten Person, durch von dieser Person eingegebene Informationen (numerischer oder alphabetischer Code) oder durch ein individuelles Merkmal (z. B. ein Netzhautmuster) dieser Person aktiviert werden. Ein Schloss verbindet in der Regel vorübergehend zwei Baugruppen oder zwei Teile in einem Gerät miteinander. In den meisten Fällen handelt es sich um mechanische Schlösser, doch zunehmend werden auch elektromagnetische Schlösser verwendet.

    Magnetschlösser. Einige Modelle von Zylinderschlössern verwenden magnetische Elemente. Schloss und Schlüssel sind mit passenden Codesätzen aus Permanentmagneten ausgestattet. Wenn der richtige Schlüssel in das Schlüsselloch gesteckt wird, zieht er die inneren magnetischen Elemente des Schlosses an und positioniert sie, sodass das Schloss geöffnet werden kann.

    Dynamometer – ein mechanisches oder elektrisches Gerät zur Messung der Zugkraft oder des Drehmoments einer Maschine, Werkzeugmaschine oder eines Motors.

    Bremsprüfstände gibt es in verschiedenen Ausführungen; Dazu gehören beispielsweise die Prony-Bremse, hydraulische und elektromagnetische Bremsen.

    Ein elektromagnetischer Dynamometer kann in Form eines Miniaturgeräts hergestellt werden, das zur Messung der Eigenschaften kleiner Motoren geeignet ist.

    Ein Galvanometer ist ein empfindliches Instrument zur Messung schwacher Ströme. Ein Galvanometer nutzt das Drehmoment, das durch die Wechselwirkung eines hufeisenförmigen Permanentmagneten mit einer kleinen stromdurchflossenen Spule (einem schwachen Elektromagneten) erzeugt wird, die im Spalt zwischen den Polen des Magneten hängt. Das Drehmoment und damit die Auslenkung der Spule ist proportional zum Strom und zur gesamten magnetischen Induktion im Luftspalt, sodass der Maßstab des Geräts bei kleinen Auslenkungen der Spule nahezu linear ist. Darauf basierende Geräte sind der häufigste Gerätetyp.

    Das Spektrum der hergestellten Geräte ist breit und vielfältig: Schalttafelgeräte für Gleich- und Wechselstrom (magnetoelektrisch, magnetoelektrisch mit Gleichrichter und elektromagnetischen Systemen), kombinierte Geräte, Ampere-Voltmeter, zur Diagnose und Einstellung der elektrischen Ausrüstung von Fahrzeugen, Messung der Temperatur ebener Flächen , Instrumente zur Ausstattung von Schulklassen, Tester und Messgeräte für verschiedene elektrische Parameter

    Herstellung von Schleifmitteln – kleine, harte, scharfe Partikel, die in freier oder gebundener Form für die mechanische Bearbeitung (einschließlich Formen, Schruppen, Schleifen, Polieren) verschiedener Materialien und daraus hergestellter Produkte (von großen Stahlplatten bis hin zu Sperrholzplatten, optischen Gläsern und Computern) verwendet werden Chips). Schleifmittel können natürlich oder künstlich sein. Die Wirkung von Schleifmitteln beschränkt sich darauf, einen Teil des Materials von der zu behandelnden Oberfläche zu entfernen. Bei der Herstellung künstlicher Schleifmittel setzt sich das in der Mischung enthaltene Ferrosilicium am Boden des Ofens ab, kleine Mengen werden jedoch in das Schleifmittel eingebettet und später von einem Magneten entfernt.

    Die magnetischen Eigenschaften von Materie werden in Wissenschaft und Technik häufig genutzt, um die Struktur verschiedener Körper zu untersuchen. So entstand die Wissenschaft:

    Die Magnetochemie (Magnetochemie) ist ein Zweig der physikalischen Chemie, der die Beziehung zwischen den magnetischen und chemischen Eigenschaften von Substanzen untersucht; Darüber hinaus untersucht die Magnetochemie den Einfluss magnetischer Felder auf chemische Prozesse. Die Magnetochemie basiert auf der modernen Physik magnetischer Phänomene. Die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen magnetischen und chemischen Eigenschaften ermöglicht es, die Merkmale der chemischen Struktur eines Stoffes zu klären.

    Magnetische Fehlererkennung, eine Methode zur Fehlersuche, die auf der Untersuchung von Magnetfeldverzerrungen basiert, die an Fehlern in Produkten aus ferromagnetischen Materialien auftreten.

    Mikrowellentechnologie

    Ultrahochfrequenzbereich (UHF) – Frequenzbereich elektromagnetischer Strahlung (100–300.000 Millionen Hertz), der im Spektrum zwischen ultrahohen Fernsehfrequenzen und Frequenzen des fernen Infrarotbereichs liegt

    Verbindung. Mikrowellenradiowellen werden in der Kommunikationstechnik häufig eingesetzt. Neben verschiedenen militärischen Funksystemen gibt es in allen Ländern der Welt zahlreiche kommerzielle Mikrowellen-Kommunikationsleitungen. Da solche Funkwellen nicht der Krümmung der Erdoberfläche folgen, sondern sich geradlinig ausbreiten, bestehen diese Kommunikationsverbindungen typischerweise aus Relaisstationen, die in Abständen von etwa 50 km auf Hügeln oder Funktürmen installiert sind.

    Wärmebehandlung von Lebensmitteln. Mikrowellenstrahlung wird zur Wärmebehandlung von Lebensmitteln im Haushalt und in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Die von Hochleistungs-Vakuumröhren erzeugte Energie kann auf ein kleines Volumen konzentriert werden, um eine hocheffiziente thermische Verarbeitung von Produkten in sogenannten Vakuumröhren zu ermöglichen. Mikrowellen- oder Mikrowellenherde, die sich durch Sauberkeit, Geräuschlosigkeit und Kompaktheit auszeichnen. Solche Geräte werden in Flugzeugküchen, Eisenbahnspeisewagen und Verkaufsautomaten eingesetzt, wo eine schnelle Zubereitung und Zubereitung von Speisen erforderlich ist. Die Industrie produziert auch Mikrowellenherde für den Hausgebrauch. Der rasche Fortschritt auf dem Gebiet der Mikrowellentechnologie ist größtenteils mit der Erfindung spezieller Elektrovakuumgeräte – Magnetron und Klystron – verbunden, die große Mengen an Mikrowellenenergie erzeugen können. Ein Generator auf Basis einer herkömmlichen Vakuumtriode, der bei niedrigen Frequenzen eingesetzt wird, erweist sich im Mikrowellenbereich als sehr wirkungslos.

    Magnetron. Das vor dem Zweiten Weltkrieg in Großbritannien erfundene Magnetron weist diese Nachteile nicht auf, da es auf einem völlig anderen Ansatz zur Erzeugung von Mikrowellenstrahlung basiert – dem Prinzip eines volumetrischen Resonators

    Das Magnetron verfügt über mehrere volumetrische Resonatoren, die symmetrisch um die in der Mitte befindliche Kathode angeordnet sind. Das Gerät wird zwischen den Polen eines starken Magneten platziert.

    Wanderwellenlampe (TWT). Ein weiteres Elektrovakuumgerät zur Erzeugung und Verstärkung elektromagnetischer Wellen im Mikrowellenbereich ist eine Wanderwellenlampe. Es besteht aus einem dünnen Vakuumrohr, das in eine fokussierende Magnetspule eingesetzt ist.

    Teilchenbeschleuniger, eine Anlage, in der mithilfe elektrischer und magnetischer Felder gerichtete Strahlen von Elektronen, Protonen, Ionen und anderen geladenen Teilchen mit einer Energie erzeugt werden, die die thermische Energie deutlich übersteigt.

    Moderne Beschleuniger nutzen zahlreiche und unterschiedliche Technologien, darunter leistungsstarke Präzisionsmagnete.

    Beschleuniger spielen in der medizinischen Therapie und Diagnostik eine wichtige praktische Rolle. Viele Krankenhäuser auf der ganzen Welt verfügen mittlerweile über kleine Elektronenlinearbeschleuniger, die intensive Röntgenstrahlen erzeugen, die zur Behandlung von Tumoren eingesetzt werden. In geringerem Umfang kommen Zyklotrone oder Synchrotrone zur Erzeugung von Protonenstrahlen zum Einsatz. Der Vorteil von Protonen gegenüber Röntgenstrahlung in der Tumortherapie ist eine lokalisiertere Energiefreisetzung. Daher ist die Protonentherapie besonders wirksam bei der Behandlung von Tumoren des Gehirns und der Augen, bei denen die Schädigung des umliegenden gesunden Gewebes so gering wie möglich sein sollte.

    Vertreter verschiedener Wissenschaften berücksichtigen magnetische Felder in ihrer Forschung. Ein Physiker misst die Magnetfelder von Atomen und Elementarteilchen, ein Astronom untersucht die Rolle kosmischer Felder bei der Entstehung neuer Sterne, ein Geologe nutzt Anomalien im Erdmagnetfeld, um Vorkommen magnetischer Erze zu finden, und neuerdings auch die Biologie war auch aktiv an der Erforschung und Verwendung von Magneten beteiligt.

    Die biologische Wissenschaft der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts beschrieb lebenswichtige Funktionen zuverlässig, ohne die Existenz irgendwelcher Magnetfelder zu berücksichtigen. Darüber hinaus hielten es einige Biologen für notwendig zu betonen, dass selbst ein starkes künstliches Magnetfeld keinen Einfluss auf biologische Objekte hat.

    Über den Einfluss magnetischer Felder auf biologische Prozesse stand in den Enzyklopädien nichts. Jedes Jahr tauchen in der wissenschaftlichen Literatur auf der ganzen Welt vereinzelte positive Überlegungen zu der einen oder anderen biologischen Wirkung von Magnetfeldern auf. Dieses schwache Rinnsal konnte jedoch den Eisberg des Misstrauens nicht einmal in der Formulierung des Problems selbst schmelzen ... Und plötzlich verwandelte sich das Rinnsal in einen stürmischen Strom. Die Lawine magnetobiologischer Veröffentlichungen nimmt seit den frühen 60er Jahren stetig zu und übertönt skeptische Aussagen.

    Von den Alchemisten des 16. Jahrhunderts bis heute hat die biologische Wirkung des Magneten vielfach Bewunderer und Kritiker gefunden. Im Laufe mehrerer Jahrhunderte kam es immer wieder zu einem Anstieg und einem Rückgang des Interesses an der heilenden Wirkung von Magneten. Mit seiner Hilfe versuchten sie (und nicht ohne Erfolg) Nervenkrankheiten, Zahnschmerzen, Schlaflosigkeit, Leber- und Magenschmerzen – Hunderte von Krankheiten – zu behandeln.

    Zu medizinischen Zwecken wurden Magnete wahrscheinlich schon früher eingesetzt als zur Bestimmung der Himmelsrichtungen.

    Als lokales äußerliches Heilmittel und als Amulett erfreute sich der Magnet großer Beliebtheit bei Chinesen, Indern, Ägyptern und Arabern. Griechen, Römer usw. Der Philosoph Aristoteles und der Historiker Plinius erwähnten in ihren Werken seine medizinischen Eigenschaften.

    In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts verbreiteten sich Magnetarmbänder, die sich positiv auf Patienten mit Blutdruckstörungen (Hypertonie und Hypotonie) auswirkten.

    Neben Permanentmagneten kommen auch Elektromagnete zum Einsatz. Sie werden auch bei vielfältigen Problemen in Wissenschaft, Technik, Elektronik und Medizin eingesetzt (Nervenerkrankungen, Gefäßerkrankungen der Extremitäten, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs).

    Wissenschaftler neigen vor allem zu der Annahme, dass Magnetfelder die Widerstandskraft des Körpers erhöhen.

    Es gibt elektromagnetische Blutgeschwindigkeitsmesser, Miniaturkapseln, die mithilfe externer Magnetfelder durch Blutgefäße bewegt werden können, um diese zu erweitern, an bestimmten Stellen des Weges Proben zu entnehmen oder umgekehrt verschiedene Medikamente lokal aus den Kapseln zu entnehmen.

    Eine magnetische Methode zur Entfernung von Metallpartikeln aus dem Auge ist weit verbreitet.

    Die meisten von uns sind mit der Untersuchung der Herzfunktion mithilfe elektrischer Sensoren – einem Elektrokardiogramm – vertraut. Vom Herzen erzeugte elektrische Impulse erzeugen ein Magnetfeld des Herzens, das in Maximalwerten 10-6 der Stärke des Erdmagnetfeldes beträgt. Der Wert der Magnetokardiographie besteht darin, dass Sie damit Informationen über die elektrisch „stillen“ Bereiche des Herzens erhalten können.

    Es sollte beachtet werden, dass Biologen nun von Physikern verlangen, eine Theorie über den primären Mechanismus der biologischen Wirkung des Magnetfelds zu liefern, und dass Physiker als Reaktion darauf von Biologen mehr bewiesene biologische Fakten verlangen. Es liegt auf der Hand, dass eine enge Zusammenarbeit verschiedener Spezialisten erfolgreich sein wird.

    Ein wichtiger Zusammenhang zwischen magnetobiologischen Problemen ist die Reaktion des Nervensystems auf Magnetfelder. Es ist das Gehirn, das als erstes auf Veränderungen in der äußeren Umgebung reagiert. Die Untersuchung seiner Reaktionen wird der Schlüssel zur Lösung vieler Probleme der Magnetobiologie sein.

    Die einfachste Schlussfolgerung, die sich aus dem oben Gesagten ziehen lässt, ist, dass es keinen Bereich angewandter menschlicher Aktivität gibt, in dem Magnete nicht verwendet werden.

    Verweise:
    TSB, zweite Auflage, Moskau, 1957.

    Kholodov Yu. A. „Man in the Magnetic Web“, „Wissen“, Moskau, 1972. Materialien aus der Internet-Enzyklopädie

    Putilov K. A. „Physikkurs“, „Fizmatgiz“, Moskau, 1964.