Nuolatiniai magnetai: veikimo principas, gamyba ir naudojimas. Kaip veikia magnetas?

Sunku rasti lauką, kuriame nebūtų naudojami magnetai. Mokomieji žaislai, naudingi priedai ir sudėtinga pramoninė įranga yra tik maža dalis iš tikrai daugybės jų naudojimo galimybių. Tuo pačiu metu mažai žmonių žino, kaip veikia magnetai ir kokia yra jų patrauklumo paslaptis. Norint atsakyti į šiuos klausimus, reikia pasinerti į fizikos pagrindus, tačiau nesijaudinkite – nardymas bus trumpas ir negilus. Tačiau susipažinę su teorija sužinosite, iš ko susideda magnetas, o jo magnetinės jėgos prigimtis jums taps daug aiškesnė.

Elektronas yra mažiausias ir paprasčiausias magnetas

Bet kuri medžiaga susideda iš atomų, o atomai savo ruožtu susideda iš branduolio, aplink kurį sukasi teigiamai ir neigiamai įkrautos dalelės – protonai ir elektronai. Mūsų susidomėjimo objektas yra būtent elektronai. Jų judėjimas sukuria elektros srovę laidininkuose. Be to, kiekvienas elektronas yra miniatiūrinis magnetinio lauko šaltinis ir, tiesą sakant, paprasčiausias magnetas. Tiesiog daugumos medžiagų sudėtyje šių dalelių judėjimo kryptis yra chaotiška. Dėl to jų mokesčiai subalansuoja vienas kitą. O kai daugybės elektronų jų orbitose sukimosi kryptis sutampa, atsiranda pastovi magnetinė jėga.

Magnetinis prietaisas

Taigi, mes surūšiavome elektronus. Ir dabar mes labai arti atsakymo į klausimą, kaip yra sudaryti magnetai. Kad medžiaga pritrauktų geležinį uolienos gabalą, elektronų kryptis jos struktūroje turi sutapti. Šiuo atveju atomai sudaro sutvarkytas sritis, vadinamas domenais. Kiekvienas domenas turi polių porą: šiaurės ir pietų. Per juos eina nuolatinė magnetinių jėgų judėjimo linija. Jie patenka į pietų ašigalį ir išeina iš šiaurės ašigalio. Šis išdėstymas reiškia, kad šiaurinis ašigalis visada pritrauks kito magneto pietinį polių, o kaip ir poliai atstums.

Kaip magnetas pritraukia metalus

Magnetinė jėga veikia ne visas medžiagas. Galima pritraukti tik tam tikras medžiagas: geležį, nikelį, kobaltą ir retųjų žemių metalus. Geležinis uolos gabalas nėra natūralus magnetas, tačiau veikiamas magnetinio lauko jo struktūra persitvarko į sritis su šiaurės ir pietų poliais. Taigi plienas gali būti įmagnetintas ir ilgą laiką išlaikyti pasikeitusią struktūrą.

Kaip gaminami magnetai?

Mes jau išsiaiškinome, iš ko susideda magnetas. Tai medžiaga, kurioje domenų orientacija sutampa. Norint suteikti šias savybes uolienai, gali būti naudojamas stiprus magnetinis laukas arba elektros srovė. Šiuo metu žmonės išmoko gaminti labai galingus magnetus, kurių traukos jėga yra dešimtis kartų didesnė už jų pačių svorį ir trunka šimtus metų. Mes kalbame apie retųjų žemių supermagnetus, kurių pagrindas yra neodimio lydinys. Tokie gaminiai, sveriantys 2-3 kg, gali laikyti daiktus, sveriančius 300 kg ir daugiau. Iš ko susideda neodimio magnetas ir kas sukelia tokias nuostabias savybes?

Paprastas plienas netinka sėkmingai gaminti produktus su galinga traukos jėga. Tam reikalinga speciali kompozicija, kuri leistų kuo efektyviau sutvarkyti domenus ir išlaikyti naujos struktūros stabilumą. Norėdami suprasti, iš ko susideda neodimio magnetas, įsivaizduokite metalinius neodimio, geležies ir boro miltelius, kurie, naudojant pramoninius įrenginius, bus įmagnetinami stipriu lauku ir sukepinami į standžią struktūrą. Siekiant apsaugoti šią medžiagą, ji yra padengta patvariu cinkuotu apvalkalu. Ši gamybos technologija leidžia gaminti įvairių dydžių ir formų gaminius. Internetinės parduotuvės „World of Magnets“ asortimente rasite didžiulę magnetinių prekių įvairovę darbui, pramogoms ir kasdieniniam gyvenimui.

Kai magnetas pritraukia prie savęs metalinius daiktus, tai atrodo kaip magija, tačiau iš tikrųjų „stebuklingos“ magnetų savybės siejamos tik su ypatinga jų elektroninės struktūros organizacija. Kadangi aplink atomą skriejantis elektronas sukuria magnetinį lauką, visi atomai yra maži magnetai; tačiau daugumoje medžiagų netvarkingas magnetinis atomų poveikis vienas kitą panaikina.

Kitokia situacija yra magnetuose, kurių atominiai magnetiniai laukai išsidėstę tvarkingose srityse, vadinamose domenais. Kiekvienas toks regionas turi šiaurės ir pietų ašigalius. Magnetinio lauko kryptį ir intensyvumą apibūdina vadinamosios jėgos linijos (paveiksle pavaizduotos žaliai), kurios palieka šiaurinį magneto polių ir patenka į pietus. Kuo tankesnės jėgos linijos, tuo labiau koncentruotas magnetizmas. Vieno magneto šiaurinis polius traukia kito pietinį polių, o du panašūs poliai atstumia vienas kitą. Magnetai pritraukia tik tam tikrus metalus, daugiausia geležį, nikelį ir kobaltą, vadinamus feromagnetais. Nors feromagnetinės medžiagos nėra natūralūs magnetai, jų atomai, esant magnetui, persitvarko taip, kad feromagnetiniai kūnai sukuria magnetinius polius.

Magnetinė grandinėlė

Magneto galą palietus prie metalinių sąvaržėlių, sukuriamas kiekvieno sąvaržėlės šiaurinis ir pietinis poliai. Šie poliai yra nukreipti ta pačia kryptimi kaip ir magnetas. Kiekviena sąvaržėlė tapo magnetu.

Daugybė mažų magnetukų

Kai kurie metalai turi kristalinę struktūrą, sudarytą iš atomų, sugrupuotų į magnetinius domenus. Domenų magnetiniai poliai paprastai turi skirtingas kryptis (raudonos rodyklės) ir neturi grynojo magnetinio efekto.

Nuolatinio magneto formavimas

Paprastai geležies magnetiniai domenai yra atsitiktinai orientuoti (rožinės rodyklės), o natūralus metalo magnetizmas neatsiranda.
Jei priartinsite magnetą (rožinę juostą) arčiau lygintuvo, lygintuvo magnetiniai domenai pradės išsirikiuoti išilgai magnetinio lauko (žalios linijos).
Dauguma geležies magnetinių domenų greitai išsilygina išilgai magnetinio lauko linijų. Dėl to lygintuvas pats tampa nuolatiniu magnetu.

Mūsų supratimas apie pagrindinę materijos struktūrą vystėsi palaipsniui. Atominė materijos struktūros teorija parodė, kad ne viskas pasaulyje veikia taip, kaip atrodo iš pirmo žvilgsnio, ir kad sudėtingumas viename lygyje lengvai paaiškinamas kitame detalumo lygyje. Visą dvidešimtąjį amžių, atradus atomo struktūrą (tai yra, pasirodžius Bohro atomo modeliui), mokslininkų pastangos buvo sutelktos į atomo branduolio sandaros išnarpinimą.

Iš pradžių buvo manoma, kad atomo branduolyje yra tik dviejų tipų dalelės – neutronai ir protonai. Tačiau nuo 1930-ųjų mokslininkai vis dažniau pradėjo gauti eksperimentinių rezultatų, kurie buvo nepaaiškinami klasikinio Bohro modelio rėmuose. Tai paskatino mokslininkus manyti, kad branduolys iš tikrųjų yra dinamiška įvairių dalelių sistema, kurios greitas formavimasis, sąveika ir skilimas atlieka pagrindinį vaidmenį branduoliniuose procesuose. Iki šeštojo dešimtmečio pradžios šių elementariųjų dalelių, kaip jos buvo vadinamos, tyrimas pasiekė fizikos mokslo priešakį.
elementy.ru/trefil/46
„Bendroji sąveikų teorija remiasi tęstinumo principu.

Pirmasis žingsnis kuriant bendrą teoriją buvo abstrakčiojo tęstinumo principo materializavimas realiai egzistuojančiame pasaulyje, kurį stebime aplinkui. Dėl tokios materializacijos autorius padarė išvadą apie fizinio vakuumo vidinės struktūros egzistavimą. Vakuumas yra erdvė, nuolat pripildyta pagrindinių dalelių – bionų – kurių įvairūs judesiai, išdėstymai ir asociacijos gali paaiškinti visą gamtos ir proto turtingumą ir įvairovę.

Dėl to buvo sukurta nauja bendroji teorija, kuri, remdamasi vienu principu, taigi identišku, nuosekliu ir logiškai susijusiu vizualiniu (medžiaginiu), o ne virtualiomis dalelėmis, aprašo gamtos reiškinius ir žmogaus proto reiškinius.
Pagrindinė tezė – tęstinumo principas.

Tęstinumo principas reiškia, kad nei vienas realiai gamtoje egzistuojantis procesas negali prasidėti spontaniškai ir baigtis be pėdsakų. Visus procesus, kuriuos galima apibūdinti matematinėmis formulėmis, galima apskaičiuoti tik naudojant ištisinius ryšius arba funkcijas. Visi pokyčiai turi savo priežastis, bet kokios sąveikos perdavimo greitį lemia aplinkos, kurioje objektai sąveikauja, savybės. Tačiau patys šie objektai savo ruožtu keičia aplinką, kurioje jie yra ir sąveikauja.
\
Laukas – tai elementų rinkinys, kuriam apibrėžtos aritmetinės operacijos. Laukas taip pat yra ištisinis – vienas lauko elementas sklandžiai pereina į kitą, tarp jų neįmanoma nurodyti ribos.

Šis lauko apibrėžimas taip pat išplaukia iš tęstinumo principo. Tam (apibrėžimui) reikia aprašyti elementą, atsakingą už visų tipų laukus ir sąveikas.
Bendrojoje sąveikų teorijoje, priešingai nei šiuo metu dominuojančios kvantinės mechanikos ir reliatyvumo teorijos, toks elementas yra aiškiai apibrėžtas.
Šis elementas yra bionas. Visa Visatos erdvė, tiek vakuumas, tiek dalelės, susideda iš bionų. Bionas yra elementarus dipolis, tai yra dalelė, susidedanti iš dviejų sujungtų krūvių, vienodo dydžio, bet skirtingo ženklo. Bendras biono krūvis lygus nuliui. Išsami biono struktūra parodyta puslapyje Fizinio vakuumo struktūra.
\
Neįmanoma nurodyti biono ribų (aiški analogija su Žemės atmosfera, kurios ribos negalima tiksliai nustatyti), nes visi perėjimai yra labai, labai sklandūs. Todėl tarp bionų praktiškai nėra vidinės trinties. Tačiau tokios „trinties“ įtaka pastebima dideliais atstumais, o pas mus stebima kaip raudonasis poslinkis.
Elektrinis laukas bendrojoje sąveikų teorijoje.
Elektrinio lauko egzistavimas bet kuriame erdvės regione tam tikru būdu atspindės nuosekliai išsidėsčiusių ir orientuotų bionų zoną.
b-i-o-n.ru/_mod_files/ce_image...
Magnetinis laukas bendrojoje sąveikų teorijoje.
Magnetinis laukas parodys tam tikrą dinaminę bionų vietos ir judėjimo konfigūraciją.
b-i-o-n.ru/theory/elim/

Elektrinis laukas yra erdvės sritis, kurioje fizinis vakuumas turi tam tikrą tvarkingą struktūrą. Esant elektriniam laukui, vakuumas veikia bandomąjį elektros krūvį. Šis efektas atsiranda dėl bionų išsidėstymo tam tikrame erdvės regione.
Deja, mums dar nepavyko prasiskverbti į paslaptį, kaip veikia elektros krūvis. Priešingu atveju susidaro toks vaizdas. Bet koks krūvis, pavyzdžiui, tegul jis būna neigiamas, aplink save sukuria tokią bionų orientaciją – elektrostatinį lauką.
Pagrindinė energijos dalis priklauso tam tikro dydžio krūviui. O elektrinio lauko energija yra tvarkingo bionų išsidėstymo energija (kiekviena tvarka turi energetinį pagrindą). Taip pat aišku, kaip tolimi krūviai „jaučia“ vienas kitą. Šie „jautrūs organai“ yra bionai, orientuoti tam tikru būdu. Pažymėkime dar vieną svarbią išvadą. Elektrinio lauko susidarymo greitis nustatomas pagal bionų sukimosi greitį, kad jie būtų orientuoti krūvio atžvilgiu, kaip parodyta paveikslėlyje. Ir tai paaiškina, kodėl elektrinio lauko susidarymo greitis yra lygus šviesos greičiui: abiejuose procesuose bionai turi perduoti sukimąsi vienas kitam.
Žengę kitą lengvą žingsnį, galime drąsiai teigti, kad magnetinis laukas atspindi kitą dinaminę bionų konfigūraciją.
b-i-o-n.ru/theory/elim

Verta paminėti, kad magnetinis laukas niekaip nepasireiškia tol, kol nėra objektų, kuriuos jis gali paveikti (kompaso adata ar elektros krūvis).
Magnetinio lauko superpozicijos principas. Bionų sukimosi ašys užima tarpinę padėtį, priklausomai nuo sąveikaujančių laukų krypties ir stiprumo.
Magnetinio lauko poveikis judančiam krūviui.
"
Magnetinis laukas neveikia krūvio ramybės būsenoje, nes besisukantys bionai sukurs tokio krūvio virpesius, tačiau tokių svyravimų aptikti nepavyks dėl jų mažumo.

Keista, bet ne viename vadovėlyje radau ne tik atsakymą, bet net klausimą, kuris akivaizdžiai turėtų kilti kiekvienam, pradedančiam tyrinėti magnetinius reiškinius.
Štai klausimas. Kodėl srovės nešančios grandinės magnetinis momentas priklauso ne nuo šios grandinės formos, o tik nuo jos ploto? Manau, kad toks klausimas neužduodamas būtent todėl, kad niekas nežino atsakymo į jį. Remiantis mūsų idėjomis, atsakymas yra akivaizdus. Grandinės magnetinis laukas yra bionų magnetinių laukų suma. O magnetinį lauką sukuriančių bionų skaičius priklauso nuo grandinės ploto ir nepriklauso nuo jos formos.
Jei pažvelgsite plačiau, nesigilindami į teoriją, magnetas veikia pulsuodamas magnetinį lauką. Dėl šios pulsacijos, jėgos dalelių judėjimo tvarkingumo, atsiranda bendra jėga, kuri veikia aplinkinius objektus. Smūgis perduodamas magnetiniu lauku, kuriame taip pat gali išsiskirti dalelės ir kvantai.
Biono teorija išskiria bioną kaip elementariąją dalelę. Matote, koks tai esminis dalykas.
Gravitono erdvės teorija gravitoną identifikuoja kaip visos visatos kvantą. Ir pateikia pagrindinius dėsnius, kurie valdo visatą.
n-t.ru/tp/ns/tg.htm Gravitoninės erdvės teorija
„Mokslo raidos dialektika susideda iš kiekybinio tokių abstrakčių sąvokų („demonų“) kaupimo, apibūdinančių vis naujus gamtos modelius, kurie tam tikrame etape pasiekia kritinį tokios krizės įveikimo lygį visada reikalauja kokybinio šuolio, gilaus pagrindinių sąvokų peržiūros, pašalinant „demoniškumą“ iš susikaupusių abstrakcijų, atskleidžiant jų prasmingą esmę naujos apibendrinančios teorijos kalba.
*
TPG postuluoja fizinį (faktinį) tranzityvinės erdvės egzistavimą, kurios elementai šios teorijos rėmuose vadinami gravitonais.
*
Tie. Darome prielaidą, kad būtent fizinė gravitonų erdvė (PG) užtikrina universalų mūsų žinioms prieinamų fizinių objektų tarpusavio ryšį ir yra minimali būtina medžiaga, be kurios mokslo žinios iš esmės neįmanomos.
*
TPG postuluoja gravitonų diskretiškumą ir esminį nedalomumą, jų vidinės struktūros nebuvimą. Tie. Gravitonas TPG rėmuose veikia kaip absoliuti elementari dalelė, artima Demokrito atomui. Matematine prasme gravitonas yra tuščia aibė (nulinė aibė).
*
Pagrindinė ir vienintelė gravitono savybė yra gebėjimas savarankiškai kopijuoti, generuojant naują gravitoną. Ši savybė apibrėžia griežtos netobulos tvarkos santykį PG aibėje: gi< gi+1, где gi – гравитон-родитель и gi+1 – дочерний гравитон, являющийся копией родителя. Это отношение интенсионально определяет ПГ как транзитивное и антирефлексивное множество, из чего следует также его асимметричность и антисимметричность.
*
TPG postuluoja PG tęstinumą ir maksimalų tankį, užpildydamas visą žinioms prieinamą visatą taip, kad bet kuris fizinis objektas šioje Visatoje gali būti susietas su netuščiu PG poaibiu, kuris vienareikšmiškai nustato šio objekto padėtį. PG, taigi ir Visatoje.
*
PG yra metrinė erdvė. Kaip natūralią PG metriką galime pasirinkti minimalų perėjimų skaičių iš vieno gretimo gravitono į kitą, reikalingą uždaryti tranzitinę grandinę, jungiančią gravitonų porą, atstumą tarp kurių nustatome.
"
Gravitono savybės leidžia kalbėti apie kvantinę šios sąvokos prigimtį. Gravitonas yra judėjimo kvantas, realizuojamas gravitono kopijavimo ir naujo gravitono „gimimo“ metu. Matematine prasme šis veiksmas gali būti suderintas su vieneto pridėjimu prie jau esamo natūraliojo skaičiaus.
"
Kita tinkamo PG judėjimo pasekmė yra rezonanso reiškiniai, generuojantys virtualias elementarias daleles, ypač kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės fotonus.
*
Naudodamiesi pagrindinėmis TPG sąvokomis, sukūrėme fizinį erdvės modelį, kuris nėra pasyvus kitų fizinių objektų konteineris, o pats aktyviai keičiasi ir juda. Deja, jokie neįmanomi instrumentai nesuteiks mums galimybės tiesiogiai ištirti ŠESD aktyvumo, nes gravitonai prasiskverbia į visus objektus, sąveikaudami su mažiausiais jų vidinės struktūros elementais. Nepaisant to, prasmingos informacijos apie gravitonų judėjimą galime gauti tirdami vadinamosios reliktinės spinduliuotės modelius ir rezonansinius reiškinius, kuriuos daugiausia lemia šiltnamio efektą sukeliančių dujų aktyvumas.
*
Gravitacinės sąveikos pobūdis

„Ta gravitacija turėtų būti esminis, neatskiriamas ir esminis materijos požymis, leidžiantis bet kuriam kūnui per atstumą per vakuumą veikti kitą kūną be jokio tarpininko, per kurį ir per kurį veiksmas ir jėga galėtų būti perduodami iš vieno kūno į kitą. kitas, man atrodo toks akivaizdus absurdas, kad, mano giliu įsitikinimu, su tuo nesutiks nė vienas žmogus, kuris yra patyręs filosofiniuose dalykuose ir apdovanotas gebėjimu mąstyti. (iš Niutono laiško Richardui Bentley).
**
TPG sistemoje gravitacija netenka jėgos pobūdžio ir yra visiškai tiksliai apibrėžiama kaip fizinių objektų judėjimo modelis, kuris „suriša“ laisvus gravitonus visu jų vidinės struktūros tūriu, nes gravitonai laisvai prasiskverbia į bet kurį fizinį objektą. neatsiejami jo vidinės struktūros elementai. Visi fiziniai objektai „sugeria“ gravitonus, iškraipydami šiltnamio efektą sukeliančių dujų izotropinį plitimą, todėl gana arti ir masyvūs kosminiai objektai sudaro kompaktiškas sankaupas, sugebančias kompensuoti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išplitimą klasterio viduje. Tačiau pačios šios klasteriai, atskirti tokiais ŠESD kiekiais, kurių plitimo nesugeba kompensuoti, kuo greičiau išsibarsto, tuo didesnis ŠESD kiekis juos skiria. Tie. tas pats mechanizmas lemia ir „traukos“, ir galaktikų plėtimosi poveikį.
***
Dabar išsamiau panagrinėkime gravitonų „absorbcijos“ fiziniais objektais mechanizmą. Tokio "absorbcijos" intensyvumas labai priklauso nuo objektų vidinės struktūros ir yra nulemtas specifinių struktūrų buvimo šioje struktūroje, taip pat jų skaičiaus. Gravitacinis laisvojo gravitono „sugertis“ yra pats paprasčiausias ir silpniausias iš tokių mechanizmų, kuriam nereikia jokių specialių struktūrų, tokio „sugerimo“ veiksme dalyvauja vienas gravitonas. Bet koks kitas sąveikos tipas naudoja šį tipą atitinkančias sąveikos daleles, apibrėžtas tam tikrame gravitonų pogrupyje, todėl tokios sąveikos efektyvumas yra daug didesnis, daugelis gravitonų yra „sugeriami“ kartu su juose apibrėžta dalele . Taip pat atkreipkime dėmesį, kad tokiose sąveikose vienas iš objektų turi atlikti tokį patį vaidmenį, kokį PG atlieka gravitacinėje sąveikoje, t.y. ji turi generuoti vis daugiau naujų tam tikros sąveikos dalelių, tokiai veiklai naudodama labai specifines struktūras, kurias minėjome aukščiau. Taigi bendra bet kokios sąveikos schema visada išlieka ta pati, o sąveikos galią lemia sąveikos dalelių „tūris“ ir jas generuojančio šaltinio aktyvumas.
Magnetinę sąveiką galima suprasti kaip elementariųjų magnetinio lauko dalelių susidarymo ir sugerties modelį. Be to, dalelės turi skirtingus dažnius, todėl susidaro potencialus laukas, susidedantis iš įtampos lygių, vaivorykštės. Dalelės „plaukioja“ išilgai šių lygių. Juos gali sugerti kitos dalelės, pavyzdžiui, kai kurių metalų kristalinės gardelės jonai, tačiau magnetinio lauko įtaka jiems išliks. Metalas pritraukiamas prie magneto korpuso.
Superstygų teorija, nepaisant jos pavadinimo, piešia aiškų pasaulio vaizdą. Geriau: išryškina daugybę sąveikos trajektorijų pasaulyje.
ergeal.ru/other/superstrings.htm Superstygų teorija (Dmitrijus Polyakovas)
„Taigi, styga yra tam tikras pirminis kūrinys matomoje Visatoje.

Šis objektas nėra materialus, tačiau apytiksliai gali būti įsivaizduojamas kaip kažkoks ištemptas siūlas, virvė ar, pavyzdžiui, smuiko styga, skrendanti dešimties matmenų erdvėlaikyje.

Skrisdamas dešimtyje dimensijų, šis išplėstas objektas taip pat patiria vidines vibracijas. Iš šių vibracijų (arba oktavų) kyla visa materija (ir, kaip paaiškės vėliau, ne tik materija). Tie. visa dalelių įvairovė gamtoje yra tiesiog skirtingos vieno galutinai pirmapradžio kūrinio – stygos – oktavos. Geras dviejų tokių skirtingų oktavų, kylančių iš vienos stygos, pavyzdys yra gravitacija ir šviesa (gravitonai ir fotonai). Tiesa, čia yra tam tikrų subtilybių – būtina atskirti uždarų ir atvirų stygų spektrus, tačiau dabar šių detalių tenka praleisti.

Taigi, kaip ištirti tokį objektą, kaip atsiranda dešimt matmenų ir kaip rasti teisingą dešimties matmenų sutankinimą į mūsų keturių dimensijų pasaulį?

Negalėdami „pagauti“ stygos, sekame jos vėžes ir tiriame jos trajektoriją. Kaip taško trajektorija yra lenkta linija, taip ir vienmačio išplėstinio objekto (stygos) trajektorija yra dvimatis PAVIRŠIAUS.

Taigi matematiškai stygų teorija yra dvimačių atsitiktinių paviršių, įterptų į aukštesnės dimensijos erdvę, dinamika.

Kiekvienas toks paviršius vadinamas WORLD SHEET.

Apskritai, visos simetrijos vaidina nepaprastai svarbų vaidmenį Visatoje.

Iš konkretaus fizinio modelio simetrijos dažnai galima padaryti svarbiausias išvadas apie jo (modelio) dinamiką, evoliuciją, mutaciją ir pan.

Stygų teorijoje tokia kertinė simetrija yra vadinamoji. REPARAMETRIZACIJOS INVARIANCE (arba „difeomorfizmų grupė“). Šis nekintamumas, kalbant labai grubiai ir apytiksliai, reiškia štai ką. Įsivaizduokime mintyse stebėtoją „atsisėdusį“ ant vieno iš pasaulio lakštų, „sušluotų“ styga. Jo rankose – lanksti liniuotė, kurios pagalba jis tiria Pasaulio lapo paviršiaus geometrines savybes. Taigi, geometrinės paviršiaus savybės akivaizdžiai nepriklauso nuo liniuotės gradacijos. Pasaulio lapo struktūros nepriklausomumas nuo „psichinio valdovo“ skalės vadinamas reparametrizavimo invariancija (arba R-invariancija).

Nepaisant akivaizdaus paprastumo, šis principas sukelia nepaprastai svarbių pasekmių. Visų pirma, ar tai galioja kvantiniame lygmenyje?
^
Dvasios – tai laukai (bangos, virpesiai, dalelės), kurių stebėjimo tikimybė yra neigiama.

Racionalistui tai, žinoma, absurdiška: juk klasikinė bet kokio įvykio tikimybė visada yra tarp 0 (kai įvykis tikrai neįvyks) ir 1 (kai, atvirkščiai, tikrai įvyks).

Tačiau dvasių atsiradimo tikimybė yra neigiama. Tai vienas iš galimų Dvasių apibrėžimų. Apofatinis apibrėžimas. Šiuo atžvilgiu man primena Abba Dorotheus apibrėžimą: „Dievas yra apskritimo centras, o žmonės, mylėdami vienas kitą, artėja prie Centro kaip spinduliai centras“.

Taigi, apibendrinkime pirmuosius rezultatus.

Sutikome Stebėtoją, kuris buvo patalpintas Pasaulio lape su liniuote. O valdovo baigimas, iš pirmo žvilgsnio, yra savavališkas, o Pasaulio lapas šiai savivalei abejingas.

Šis abejingumas (arba simetrija) vadinamas reparametrizavimo invariancija (R-invariancija, difeomorfizmų grupė).

Poreikis susieti abejingumą su neapibrėžtumu leidžia daryti išvadą, kad Visata yra dešimtmatė.

Tiesą sakant, viskas yra šiek tiek sudėtingesnė.

Žinoma, su bet kokiu valdovu niekas neįleis stebėtojo į Pasaulio sąrašą. Dešimties dimensijos pasaulis yra šviesus, griežtas ir netoleruoja jokių kamščių. Už bet kokį gaudyklę su Pasaulio lapeliu niekšo valdovas būtų amžiams atimtas ir jis būtų gerai nuplaktas, kaip protestantas.
^
Bet jei Stebėtojas nėra protestantas, jam duodamas kartą ir visiems laikams nustatytas valdovas, patikrintas, nepakitęs šimtmečius, ir su šiuo griežtai atrinktu vieninteliu valdovu jis įleidžiamas į Pasaulio sąrašą.

Superstygų teorijoje šis ritualas vadinamas „manometro fiksavimu“.

Nustačius kalibravimą, atsiranda Faddejevo-Popovo dvasios.

Būtent šios Dvasios perduoda Valdovą Stebėtojui.

Tačiau kalibravimo pasirinkimas yra tik grynai egzoterinė, policinė Faddejevo-Popovo dvasių funkcija. Egzoterinė, pažangi šių dvasių misija yra pasirinkti tinkamą sutankinimą ir vėliau generuoti solitonus ir chaosą sutankintame pasaulyje.

Kaip tiksliai tai vyksta, yra labai subtilus ir ne visiškai aiškus klausimas; Šį procesą pasistengsiu aprašyti kuo trumpiau ir aiškiau, kiek įmanoma praleisdamas technines detales.

Visose Superstygų teorijos apžvalgose yra vadinamųjų. Teorema apie dvasių nebuvimą. Ši teorema teigia, kad dvasios, nors ir lemia kalibravimo pasirinkimą, vis dėlto tiesiogiai neveikia stygos virpesių (vibracijų, kurios generuoja materiją). Kitaip tariant, pagal teoremą stygos spektre nėra Dvasių, t.y. Dvasių erdvė yra visiškai atskirta nuo materijos emanacijų, o Dvasios yra ne kas kita, kaip kalibravimo fiksacijos artefaktas. Galima sakyti, kad tai Dvasios – stebėtojo netobulumo pasekmė, niekaip nesusijusi su stygos dinamika. Tai klasikinis rezultatas, daugiau ar mažiau teisingas daugeliu atvejų. Tačiau šios teoremos pritaikomumas yra ribotas, nes visuose žinomuose įrodymuose neatsižvelgiama į vieną itin svarbų niuansą. Šis niuansas yra susijęs su vadinamuoju. „paveikslų simetrijos pažeidimas“.
kas tai? Apsvarstykite savavališką stygos virpesį: pavyzdžiui, šviesos spinduliavimą (fotoną). Pasirodo, yra keletas skirtingų būdų apibūdinti šią emanaciją. Būtent stygų teorijoje emanacijos aprašomos naudojant vadinamąjį. „viršūnių operatoriai“. Kiekviena emanacija atitinka kelis tariamai lygiaverčius viršūnių operatorius. Šie ekvivalentiniai operatoriai vienas nuo kito skiriasi savo „dvasiniais skaičiais“, t.y. Dukhovo Faddejevo-Popovo struktūra.

Kiekvienas toks lygiavertis tos pačios emanacijos aprašymas vadinamas paveikslėliu. Yra vadinamasis „konvencinė išmintis“, primygtinai reikalaujanti Paveikslų lygiavertiškumo, t.y. viršūnių operatoriai su skirtingais vėjo skaičiais. Ši prielaida žinoma kaip „viršūnių operatorių paveikslo keitimo simetrija“.

Ši „įprastinė išmintis“ yra tyliai numanoma nebuvimo teoremos įrodyme. Tačiau kruopštesnė analizė rodo, kad ši simetrija neegzistuoja (tiksliau, kai kuriais atvejais ji egzistuoja, o kitais – pažeidžiama). Dėl paveikslų simetrijos pažeidimo daugeliu atvejų pažeidžiama ir aukščiau minėta teorema. O tai reiškia – Dvasios vaidina tiesioginį vaidmenį stygos virpesiuose, materijos ir Dvasių erdvės nėra savarankiškos, o yra susipynusios pačiu subtiliausiu būdu.

Šių erdvių susikirtimas vaidina lemiamą vaidmenį dinamiškame sutankinime ir chaoso formavime. “
Kita superstygų teorijos vizija elementy.ru/trefil/21211
"Įvairios stygų teorijos versijos dabar laikomos pagrindiniais pretendentais į visapusiškos universalios teorijos, paaiškinančios visų dalykų prigimtį, titulą. Ir tai yra savotiškas teorinių fizikų, dalyvaujančių elementariųjų dalelių ir kosmologijos teorijoje, Šventasis Gralis. Visuotinėje teorijoje (taip pat ir visų dalykų teorijoje) yra tik kelios lygtys, kurios sujungia visas žmogaus žinias apie sąveikos pobūdį ir pagrindinių materijos elementų, iš kurių yra sukurta Visata, savybes Šiandien stygų teorija buvo sujungta su supersimetrijos samprata, dėl kurios gimė superstygų teorija, ir šiandien tai yra maksimumas, kas buvo pasiekta suvienodinant visų keturių pagrindinių sąveikų (veikiančių jėgų) teoriją gamta).
*****
Siekiant aiškumo, sąveikaujančios dalelės gali būti laikomos visatos „plytose“, o nešiklio dalelės – cementu.
*****
Standartiniame modelyje kvarkai veikia kaip statybiniai blokai, o matuojamieji bozonai, kuriais šie kvarkai keičiasi tarpusavyje, veikia kaip sąveikos nešėjai. Supersimetrijos teorija eina dar toliau ir teigia, kad patys kvarkai ir leptonai nėra esminiai: jie visi susideda iš dar sunkesnių ir neeksperimentiškai atrastų materijos struktūrų (statybinių blokų), kurias kartu laiko dar stipresnis superenergijos dalelių „cementas“. -sąveikos nešėjai nei kvarkai, sudaryti iš hadronų ir bozonų. Natūralu, kad nė viena supersimetrijos teorijos prognozė dar nebuvo patikrinta laboratorinėmis sąlygomis, tačiau hipotetiniai paslėpti materialaus pasaulio komponentai jau turi pavadinimus – pavyzdžiui, selektronas (supersimetrinis elektrono partneris), skvarkas ir kt. šių dalelių egzistavimas, tačiau tokios teorijos prognozuojamos vienareikšmiškai.
*****
Tačiau šių teorijų siūlomas Visatos vaizdas yra gana lengvas. 10–35 m dydžio skalėse, tai yra 20 dydžių mažesnių už to paties protono skersmenį, apimantį tris surištus kvarkus, materijos struktūra skiriasi nuo to, prie kurios esame įpratę net elementarumo lygyje. dalelių. Tokiais mažais atstumais (ir esant tokioms didelėms sąveikos energijoms, kad tai neįsivaizduojama) materija virsta lauke stovinčiomis bangomis, panašiomis į tas, kurias sužadina muzikos instrumentų stygos. Kaip ir gitaros styga, tokioje stygoje, be pagrindinio tono, galima sužadinti daug obertonų ar harmonikų. Kiekviena harmonika turi savo energetinę būseną. Pagal reliatyvumo principą (žr. Reliatyvumo teoriją) energija ir masė yra lygiavertės, o tai reiškia, kad kuo didesnis stygos harmoninės bangos virpesių dažnis, tuo didesnė jos energija, tuo didesnė stebimos dalelės masė.

Tačiau jei gana lengva vizualizuoti stovinčią bangą gitaros stygoje, tai superstygų teorijos siūlomas stovinčias bangas sunku įsivaizduoti – faktas yra tas, kad superstygų vibracijos atsiranda erdvėje, kuri turi 11 dimensijų. Esame pripratę prie keturmatės erdvės, kurioje yra trys erdvinės ir viena laiko dimensija (kairė-dešinė, aukštyn-žemyn, pirmyn-atgal, praeitis-ateitis). Superstyginėje erdvėje viskas yra daug sudėtingiau (žr. langelį). Teoriniai fizikai apeina slidžią „papildomų“ erdvinių matmenų problemą teigdami, kad jie yra „paslėpti“ (arba, moksliniu požiūriu, „suglaudinti“) ir todėl nėra stebimi esant įprastoms energijoms.

Visai neseniai stygų teorija buvo toliau plėtojama daugiamačių membranų teorijos forma - iš esmės tai yra tos pačios stygos, bet plokščios. Kaip atsainiai juokavo vienas iš jos autorių, membranos nuo stygų skiriasi maždaug taip pat, kaip makaronai nuo vermišelių.

Tai, ko gero, yra viskas, ką galima trumpai papasakoti apie vieną iš teorijų, kurios šiandien ne be reikalo pretenduoja į universalią Didžiojo visų jėgų sąveikos suvienijimo teoriją. “
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D... Superstygų teorija.
Universali teorija, paaiškinanti visas fizines sąveikas: elementy.ru/trefil/21216
"Gamtoje yra keturios pagrindinės jėgos, ir visi fiziniai reiškiniai atsiranda dėl fizinių objektų sąveikos, kurią sukelia viena ar daugiau iš šių jėgų. Keturi sąveikos tipai mažėjančia stiprumo tvarka yra:

* stipri sąveika, laikanti kvarkus hadronuose ir nukleonus atomo branduolyje;
* elektromagnetinė sąveika tarp elektros krūvių ir magnetų;
* silpna sąveika, kuri yra atsakinga už kai kurių tipų radioaktyvaus skilimo reakcijas; Ir
* gravitacinė sąveika.

Klasikinėje Niutono mechanikoje bet kokia jėga yra tik traukianti arba atstumianti jėga, sukelianti fizinio kūno judėjimo pobūdžio pasikeitimą. Tačiau šiuolaikinėse kvantinėse teorijose jėgos sąvoka (dabar aiškinama kaip elementariųjų dalelių sąveika) interpretuojama kiek kitaip. Dabar manoma, kad jėgos sąveika yra sąveikos nešiklio dalelės mainų tarp dviejų sąveikaujančių dalelių rezultatas. Taikant šį metodą, elektromagnetinė sąveika tarp, pavyzdžiui, dviejų elektronų, atsiranda dėl fotono mainų tarp jų, ir panašiai, keičiantis kitomis tarpinėmis dalelėmis, atsiranda kitų trijų tipų sąveikos. (Daugiau informacijos rasite standartiniame modelyje.)

Be to, sąveikos pobūdį lemia nešiklio dalelių fizinės savybės. Visų pirma, Niutono universaliosios gravitacijos dėsnis ir Kulono dėsnis turi tą pačią matematinę formuluotę būtent todėl, kad abiem atvejais sąveikos nešėjai yra dalelės, neturinčios ramybės masės. Silpna sąveika atsiranda tik labai nedideliais atstumais (tiesą sakant, tik atomo branduolio viduje), nes jų nešėjai – matuokliai bozonai – yra labai sunkios dalelės. Stipri sąveika taip pat atsiranda tik mikroskopiniais atstumais, bet dėl kitos priežasties: čia viskas apie „kvarkų gaudymą“ hadronų ir fermionų viduje (žr. Standartinį modelį).

Optimistiškos etiketės „universali teorija“, „visko teorija“, „didžioji vieninga teorija“ ir „galutinė teorija“ dabar vartojamos bet kuriai teorijai, kuri bando suvienyti visas keturias sąveikas, vertinant jas kaip skirtingas vienos ir didelės jėgos apraiškas. . Jei tai būtų įmanoma, pasaulio sandaros vaizdas būtų iki galo supaprastintas. Visą medžiagą sudarytų tik kvarkai ir leptonai (žr. Standartinį modelį), o tarp visų šių dalelių veiktų vienos prigimties jėgos. Lygtys, apibūdinančios pagrindines jų sąveikas, būtų tokios trumpos ir aiškios, kad galėtų tilpti į atviruką, o iš esmės apibūdintų kiekvieno Visatoje stebimo proceso pagrindą. Anot Nobelio premijos laureato, amerikiečių fiziko teorinio Steveno Weinbergo (1933–1996), „tai būtų gili teorija, iš kurios visatos sandaros interferencijos modelis kaip strėlės spinduliuotų į visas puses, o gilesni teoriniai pagrindai nebūtų reikės ateityje“. Kaip matyti iš nuolatinių subjunktyvių nuotaikų citatoje, tokios teorijos vis dar nėra. Mums belieka nubrėžti apytikslius proceso kontūrus, kurie gali lemti tokios išsamios teorijos sukūrimą.
~
Visos suvienodinimo teorijos remiasi tuo, kad esant pakankamai didelėms dalelių sąveikos energijoms (kai jų greitis artimas ribiniam šviesos greičiui), „ledas tirpsta“, ištrinama riba tarp skirtingų sąveikų tipų ir visos jėgos. pradėti veikti vienodai. Be to, teorijos numato, kad tai vyksta ne visoms keturioms jėgoms vienu metu, o palaipsniui, didėjant sąveikos energijoms.

Žemiausias energijos slenkstis, kuriam pasiekus gali įvykti pirmasis skirtingų tipų jėgų susiliejimas, yra itin aukštas, tačiau jau pasiekiamas moderniausių greitintuvų. Dalelių energija ankstyvosiose Didžiojo sprogimo stadijose buvo itin didelė (taip pat žr. Ankstyvoji visata). Per pirmąsias 10–10 s jie užtikrino silpnų branduolinių ir elektromagnetinių jėgų susijungimą į elektrosilpną sąveiką. Tik nuo šios akimirkos galutinai atsiskyrė visos keturios mums žinomos jėgos. Iki šio momento egzistavo tik trys pagrindinės jėgos: stiprioji, elektrosilpna ir gravitacinė sąveika.
~
Kitas suvienijimas įvyksta esant energijoms, kurios gerokai viršija tas, kurios pasiekiamos žemiškų laboratorijų sąlygomis – jos egzistavo Visatoje pirmąsias 10e(–35) jos egzistavimo. Pradedant nuo šių energijų, elektrosilpna sąveika susijungia su stipriąja. Teorijos, apibūdinančios tokio suvienijimo procesą, vadinamos didžiosiomis unifikacijos teorijomis (GUT). Neįmanoma jų išbandyti eksperimentinėmis sąlygomis, tačiau jie gerai prognozuoja daugelio procesų, vykstančių esant žemesnei energijai, eigą, ir tai yra netiesioginis jų tiesos patvirtinimas. Tačiau TBT lygmeniu mūsų galimybės išbandyti universalias teorijas yra išnaudotos. Toliau prasideda supersuvienijimo teorijų (SUT) arba universaliųjų teorijų sritis – ir vien jas paminėjus, teorinių fizikų akyse įsižiebia kibirkštis. Nuoseklus TSR leistų suvienyti gravitaciją su viena stipria-elektroveikalios sąveika, o Visatos struktūra gautų paprasčiausią įmanomą paaiškinimą.
Žmogaus ieškojimas dėsnių ir formulių, paaiškinančių visus fizikinius reiškinius. Ši paieška apima mikro ir makro lygmens procesus. Jie skiriasi stiprumu ar energija, kuria keičiamasi.
Sąveika magnetinio lauko lygyje apibūdinama elektromagnetizmu.

"Elektromagnetizmas*

Elektromagnetinių reiškinių tyrimas prasidėjo nuo Oerstedo atradimo. 1820 m. Oerstedas parodė, kad laidas, kuriuo teka elektros srovė, priverčia magnetinę adatą nukreipti. Šį nukrypimą jis išsamiai išnagrinėjo iš kokybinės pusės, tačiau nepateikė bendros taisyklės, pagal kurią kiekvienu atskiru atveju būtų galima nustatyti nukrypimo kryptį. Po Oerstedo atradimai atėjo vienas po kito. Ampere (1820) paskelbė savo darbus apie srovės poveikį srovei arba srovės veikimą magnetui. Ampere galioja bendra srovės veikimo magnetinėje adatoje taisyklė: jei įsivaizduojate, kad esate laidininke, nukreiptame į magnetinę adatą ir, be to, taip, kad srovė būtų nukreipta iš kojų į galvą, tada šiaurinis ašigalis nukrypsta į kairėje. Toliau pamatysime, kad Ampere redukavo elektromagnetinius reiškinius į elektrodinaminius reiškinius (1823). Arago darbai taip pat datuojami 1820 m., kuris pastebėjo, kad viela, kuria teka elektros srovė, pritraukia geležies drožles. Jis pirmasis įmagnetino geležinius ir plieninius laidus, įdėdamas juos į varinių laidų ritę, per kurią teka srovė. Jam taip pat pavyko įmagnetinti adatą, įdėjus ją į ritę ir per ritę išleidžiant Leydeno stiklainį. Nepriklausomai nuo Arago, plieno ir geležies įmagnetinimą srove atrado Davy.

Pirmieji kiekybiniai srovės poveikio magnetui nustatymai taip pat datuojami 1820 m. ir priklauso Biotui ir Savartui.
Jei prie ilgo vertikalaus laidininko AB sustiprinsite mažą magnetinę adatą sn ir statysite žemės lauką magnetu NS (1 pav.), pamatysite:

1. Kai srovė teka per laidininką, magnetinė adata nustatoma taip, kad jos ilgis būtų stačiu kampu statmenai, nuleistas nuo adatos centro ant laidininko.

2. Jėga, veikianti vieną ar kitą polių n ir s yra statmena plokštumai, ištrauktai per laidininką ir šį polių

3. Jėga, kuria tam tikra srovė, einanti per labai ilgą tiesų laidininką, veikia magnetinę adatą, yra atvirkščiai proporcinga atstumui nuo laidininko iki magnetinės adatos.

Visus šiuos ir kitus pastebėjimus galima išvesti iš šio elementaraus dydžio dėsnio, žinomo kaip Laplaso-Bioto-Savarto dėsnis:

dF = k(imSin θ ds)/r2, (1),

čia dF yra srovės elemento poveikis magnetiniam poliui; i - srovės stiprumas; m – magnetizmo dydis, θ – kampas, sudarytas pagal srovės kryptį elemente su linija, jungiančia polių su srovės elementu; ds yra dabartinio elemento ilgis; r yra atitinkamo elemento atstumas nuo poliaus; k - proporcingumo koeficientas.

Remiantis įstatymu, veiksmas yra lygus reakcijai, Ampere padarė išvadą, kad magnetinis polius turi veikti srovės elementą ta pačia jėga

dФ = k(imSin θ ds)/r2, (2)

tiesiogiai priešinga jėgai dF, kuri taip pat veikia ta pačia kryptimi, sudarydama stačiu kampu su plokštuma, einanti per polių ir nurodytą elementą. Nors (1) ir (2) išraiškos puikiai dera su eksperimentais, vis dėlto į jas reikia žiūrėti ne kaip į gamtos dėsnį, o kaip į patogią priemonę kiekybinei procesų pusei apibūdinti. Pagrindinė to priežastis yra ta, kad mes nežinome jokių srovių, išskyrus uždaras, todėl srovės elemento prielaida iš esmės yra neteisinga. Be to, jei prie (1) ir (2) išraiškų pridėsime kai kurias funkcijas, kurias riboja tik sąlyga, kad jų integralas išilgai uždaro kontūro yra lygus nuliui, tada sutapimas su eksperimentais bus ne mažiau išsamus.

Visi minėti faktai leidžia daryti išvadą, kad elektros srovė sukelia aplink save magnetinį lauką. Šio lauko magnetinei jėgai turi galioti visi dėsniai, galiojantys magnetiniam laukui apskritai. Visų pirma, visai tikslinga įvesti elektros srovės sukeliamų magnetinio lauko linijų sąvoką. Jėgos linijų kryptis šiuo atveju gali būti nustatyta įprastu būdu naudojant geležies drožles. Jei per horizontalų kartono lakštą pervesite vertikalų laidą su srove ir ant kartono pabarstysite pjuvenų, tada lengvai bakstelėjus pjuvenos išsidėstys koncentriniais apskritimais, jei tik laidininkas bus pakankamai ilgas.
Kadangi jėgos linijos aplink laidą yra uždaros, o jėgos linija nustato kelią, kuriuo tam tikrame lauke judėtų magnetizmo vienetas, aišku, kad galima priversti magnetinį polių suktis aplink srovę. . Pirmąjį įrenginį, kuriame toks sukimas buvo atliktas, pastatė Faradėjus. Akivaizdu, kad srovės stiprumą galima spręsti pagal magnetinio lauko stiprumą. Dabar prieisime prie šio klausimo.

Atsižvelgdami į labai ilgos tiesios srovės magnetinį potencialą, galime lengvai įrodyti, kad šis potencialas yra daugiareikšmis. Tam tikrame taške jis gali turėti be galo daug skirtingų reikšmių, kurios viena nuo kitos skiriasi 4 kmi π, kur k yra koeficientas, likusios raidės žinomos. Tai paaiškina magnetinio poliaus nuolatinio sukimosi aplink srovę galimybę. 4 kmi π – darbas, atliktas per vieną stulpo apsisukimą; ji paimama iš srovės šaltinio energijos. Ypač įdomus yra uždaros srovės atvejis. Galime įsivaizduoti uždarą srovę kaip kilpą, padarytą ant laido, per kurį teka srovė. Kilpa turi savavališką formą. Du kilpos galai susukami į ryšulį (laidą) ir eina į tolimą elementą.

Dėl ko kai kurie metalai traukia magnetą? Kodėl magnetas nepritraukia visų metalų? Kodėl viena magneto pusė traukia, o kita atstumia metalą? O kuo neodimio metalai tokie stiprūs?

Norėdami atsakyti į visus šiuos klausimus, pirmiausia turite apibrėžti patį magnetą ir suprasti jo principą. Magnetai yra kūnai, kurie dėl savo magnetinio lauko veikimo gali pritraukti geležinius ir plieninius objektus ir atstumti kai kuriuos kitus. Magnetinio lauko linijos praeina iš pietinio magneto poliaus ir išeina iš šiaurinio poliaus. Nuolatinis arba kietasis magnetas nuolat kuria savo magnetinį lauką. Elektromagnetas arba minkštasis magnetas gali sukurti magnetinius laukus tik esant magnetiniam laukui ir tik trumpą laiką, kai yra tam tikro magnetinio lauko veikimo zonoje. Elektromagnetai sukuria magnetinius laukus tik tada, kai elektra praeina per ritės laidą.

Dar visai neseniai visi magnetai buvo gaminami iš metalinių elementų arba lydinių. Magneto sudėtis nulėmė jo galią. Pavyzdžiui:

Keraminiuose magnetuose, kaip ir naudojamuose šaldytuvuose bei primityviems eksperimentams atlikti, be keraminių kompozitinių medžiagų yra geležies rūdos. Dauguma keraminių magnetų, dar vadinamų geležiniais magnetais, neturi didelės patrauklios jėgos.

„Alnico magnetai“ susideda iš aliuminio, nikelio ir kobalto lydinių. Jie yra galingesni už keraminius magnetus, bet daug silpnesni už kai kuriuos retus elementus.

Neodimio magnetai sudaryti iš geležies, boro ir elemento neodimio, kuris retai randamas gamtoje.

Kobalto-samariumo magnetai apima kobaltą ir retus elementus samariumą. Per pastaruosius kelerius metus mokslininkai taip pat atrado magnetinius polimerus arba vadinamuosius plastikinius magnetus. Kai kurie iš jų yra labai lankstūs ir plastiški. Tačiau vieni dirba tik itin žemoje temperatūroje, o kiti gali pakelti tik labai lengvas medžiagas, pavyzdžiui, metalines drožles. Bet norint turėti magneto savybes, kiekvienam iš šių metalų reikia jėgos.

Magnetų gamyba

Daugelis šiuolaikinių elektroninių prietaisų yra pagrįsti magnetais. Magnetai prietaisų gamyboje pradėti naudoti palyginti neseniai, nes gamtoje esantys magnetai neturi reikiamos jėgos eksploatuoti įrenginius ir tik tada, kai žmonėms pavyko juos padaryti galingesnius, jie tapo nepakeičiamu elementu gamyboje. Geležinis akmuo, magnetito rūšis, laikomas stipriausiu gamtoje randamu magnetu. Jis gali pritraukti smulkius daiktus, tokius kaip sąvaržėlės ir segtukai.

Kažkur XII amžiuje žmonės atrado, kad geležies rūda gali būti naudojama geležies dalelėms įmagnetinti – taip žmonės sukūrė kompasą. Jie taip pat pastebėjo, kad jei nuolat judinate magnetą išilgai geležinės adatos, adata tampa įmagnetinta. Pati adata traukiama šiaurės-pietų kryptimi. Vėliau garsus mokslininkas Williamas Gilbertas paaiškino, kad įmagnetintos adatos judėjimas šiaurės-pietų kryptimi vyksta dėl to, kad mūsų planeta Žemė labai panaši į didžiulį magnetą, turintį du polius – šiaurės ir pietų polius. Kompaso adata nėra tokia stipri, kaip daugelis šiandien naudojamų nuolatinių magnetų. Tačiau fizinis procesas, įmagnetinantis kompaso adatas ir neodimio lydinio gabalus, yra beveik tas pats. Tai viskas apie mikroskopinius regionus, vadinamus magnetiniais domenais, kurie yra feromagnetinių medžiagų, tokių kaip geležis, kobaltas ir nikelis, struktūros dalis. Kiekvienas domenas yra mažas, atskiras magnetas su šiaurės ir pietų poliais. Neįmagnetintose feromagnetinėse medžiagose kiekvienas šiaurinis ašigalis nukreiptas skirtinga kryptimi. Magnetiniai domenai, nukreipti priešingomis kryptimis, panaikina vienas kitą, todėl pati medžiaga nesukuria magnetinio lauko.

Kita vertus, magnetuose beveik visi arba bent jau dauguma magnetinių domenų yra nukreipti viena kryptimi. Užuot panaikinę vienas kitą, mikroskopiniai magnetiniai laukai susijungia ir sukuria vieną didelį magnetinį lauką. Kuo daugiau domenų nukreiptų ta pačia kryptimi, tuo stipresnis magnetinis laukas. Kiekvienos srities magnetinis laukas tęsiasi nuo jo šiaurinio poliaus iki pietų poliaus.

Tai paaiškina, kodėl perlaužę magnetą per pusę, gausite du mažus magnetus su šiaurės ir pietų poliais. Tai taip pat paaiškina, kodėl priešingi poliai traukia – jėgos linijos išeina iš vieno magneto šiaurinio poliaus, o kito į pietinį polių, todėl metalai pritraukia ir sukuria vieną didesnį magnetą. Atstūmimas vyksta pagal tą patį principą – jėgos linijos juda priešingomis kryptimis, ir dėl tokio susidūrimo magnetai ima atstumti vienas kitą.

Magnetų gamyba

Norint pagaminti magnetą, tereikia „nukreipti“ metalo magnetinius domenus viena kryptimi. Norėdami tai padaryti, turite įmagnetinti patį metalą. Dar kartą panagrinėkime atvejį su adata: jei magnetas nuolat judinamas viena kryptimi išilgai adatos, visų jo sričių (domenų) kryptis išlygiuojama. Tačiau magnetinius domenus galite lygiuoti kitais būdais, pavyzdžiui:

Įdėkite metalą į stiprų magnetinį lauką šiaurės-pietų kryptimi. -- Perkelkite magnetą šiaurės-pietų kryptimi, nuolat smogdami į jį plaktuku, sulygiuodami jo magnetinius domenus. -- Praleiskite elektros srovę per magnetą.

Mokslininkai teigia, kad du iš šių metodų paaiškina, kaip gamtoje susidaro natūralūs magnetai. Kiti mokslininkai teigia, kad magnetinė geležies rūda tampa magnetu tik tada, kai į ją trenkia žaibas. Dar kiti mano, kad geležies rūda gamtoje Žemės formavimosi metu virto magnetu ir išliko iki šių dienų.

Šiandien labiausiai paplitęs magnetų gamybos būdas yra metalo patalpinimas į magnetinį lauką. Magnetinis laukas sukasi aplink nurodytą objektą ir pradeda derinti visas jo sritis. Tačiau šiuo metu vienas iš šių susijusių procesų, vadinamų histereze, gali vėluoti. Gali praeiti kelios minutės, kol domenai pakeis kryptį viena kryptimi. Štai kas vyksta šio proceso metu: Magnetiniai regionai pradeda suktis, išsirikiuodami palei šiaurės-pietų magnetinio lauko liniją.

Sritys, kurios jau yra orientuotos šiaurės-pietų kryptimi, tampa didesnės, o juos supančios teritorijos mažėja. Domeno sienos, ribos tarp gretimų domenų, palaipsniui plečiasi, todėl pats domenas auga. Labai stipriame magnetiniame lauke kai kurios domeno sienos visiškai išnyksta.

Pasirodo, magneto galia priklauso nuo jėgos, naudojamos domenų krypčiai keisti. Magnetų stiprumas priklauso nuo to, kaip sunku buvo suderinti šiuos domenus. Medžiagos, kurias sunku įmagnetinti, išlaiko savo magnetiškumą ilgesnį laiką, o medžiagos, kurias lengva įmagnetinti, linkusios greitai išmagnetinti.

Galite sumažinti magneto stiprumą arba visiškai jį išmagnetinti, jei nukreipsite magnetinį lauką priešinga kryptimi. Taip pat galite išmagnetinti medžiagą, jei ją kaitinate iki Curie taško, t.y. feroelektrinės būsenos temperatūros riba, kuriai esant medžiaga pradeda prarasti magnetizmą. Aukšta temperatūra išmagnetina medžiagą ir sužadina magnetines daleles, sutrikdydama magnetinių sričių pusiausvyrą.

Magnetai transportavimui

Dideli, galingi magnetai naudojami daugelyje žmogaus veiklos sričių – nuo duomenų įrašymo iki srovės laidumo laidais. Tačiau pagrindinis sunkumas juos naudojant praktiškai yra magnetų transportavimas. Transportavimo metu magnetai gali pažeisti kitus objektus arba kiti objektai gali juos sugadinti, todėl juos sunku arba praktiškai neįmanoma naudoti. Be to, magnetai nuolat pritraukia įvairias feromagnetines šiukšles, kurių tuomet labai sunku, o kartais ir pavojinga atsikratyti.

Todėl transportavimo metu labai dideli magnetai dedami į specialias dėžutes arba tiesiog transportuojamos feromagnetinės medžiagos, iš kurių naudojant specialią įrangą gaminami magnetai. Iš esmės tokia įranga yra paprastas elektromagnetas.

Kodėl magnetai „prilimpa“ vienas prie kito?

Tikriausiai iš fizikos pamokų žinote, kad kai elektros srovė praeina per laidą, ji sukuria magnetinį lauką. Nuolatiniuose magnetuose magnetinis laukas taip pat sukuriamas judant elektros krūviui. Bet magnetinis laukas magnetuose susidaro ne dėl srovės judėjimo per laidus, o dėl elektronų judėjimo.

Daugelis žmonių mano, kad elektronai yra mažos dalelės, kurios skrieja aplink atomo branduolį, kaip planetos, besisukančios aplink saulę. Tačiau, kaip aiškina kvantiniai fizikai, elektronų judėjimas yra daug sudėtingesnis. Pirma, elektronai užpildo apvalkalo formos atomo orbitales, kur jie elgiasi ir kaip dalelės, ir kaip bangos. Elektronai turi krūvį ir masę ir gali judėti įvairiomis kryptimis.

Ir nors atomo elektronai nejuda dideliais atstumais, tokio judėjimo pakanka, kad susidarytų mažytis magnetinis laukas. Ir kadangi suporuoti elektronai juda priešingomis kryptimis, jų magnetiniai laukai panaikina vienas kitą. Priešingai, feromagnetinių elementų atomuose elektronai nėra suporuoti ir juda viena kryptimi. Pavyzdžiui, geležis turi net keturis nesusijusius elektronus, kurie juda viena kryptimi. Kadangi jie neturi pasipriešinimo laukų, šie elektronai turi orbitinį magnetinį momentą. Magnetinis momentas yra vektorius, turintis savo dydį ir kryptį.

Metaluose, tokiuose kaip geležis, dėl orbitos magnetinio momento kaimyniniai atomai išsilygina išilgai šiaurės-pietų jėgos linijų. Geležis, kaip ir kitos feromagnetinės medžiagos, turi kristalinę struktūrą. Kai po liejimo proceso jie vėsta, kristalinėje struktūroje išsirikiuoja lygiagrečiai besisukančių orbitų atomų grupės. Taip susidaro magnetiniai domenai.

Galbūt pastebėjote, kad medžiagos, iš kurių gaminami geri magnetai, taip pat gali pritraukti magnetus. Taip atsitinka todėl, kad magnetai pritraukia medžiagas su nesuporuotais elektronais, kurie sukasi ta pačia kryptimi. Kitaip tariant, kokybė, kuri metalą paverčia magnetu, taip pat pritraukia metalą prie magnetų. Daugelis kitų elementų yra diamagnetiniai – jie pagaminti iš nesuporuotų atomų, kurie sukuria magnetinį lauką, kuris šiek tiek atstumia magnetą. Kai kurios medžiagos visiškai nesąveikauja su magnetais.

Magnetinio lauko matavimas

Magnetinį lauką galima išmatuoti naudojant specialius prietaisus, tokius kaip srauto matuoklis. Jį galima apibūdinti keliais būdais: - Magnetinio lauko linijos matuojamos weberiais (WB). Elektromagnetinėse sistemose šis srautas lyginamas su srove.

Lauko stiprumas arba srauto tankis matuojamas Tesla (T) arba Gauso vienetais (G). Viena Tesla yra lygi 10 000 Gausų.

Lauko stiprumas taip pat gali būti matuojamas weberiais kvadratiniame metre. -- Magnetinio lauko dydis matuojamas amperais vienam metrui arba oerstedais.

Mitai apie magnetą

Su magnetais dirbame visą dieną. Jų yra, pavyzdžiui, kompiuteriuose: kietasis diskas visą informaciją įrašo naudodamas magnetą, magnetai taip pat naudojami daugelyje kompiuterių monitorių. Magnetai taip pat yra neatskiriama katodinių spindulių vamzdžių televizorių, garsiakalbių, mikrofonų, generatorių, transformatorių, elektros variklių, kasečių juostų, kompasų ir automobilių spidometrų dalis. Magnetai turi nuostabių savybių. Jie gali sukelti srovę laiduose ir sukelti elektros variklio sukimąsi. Pakankamai stiprus magnetinis laukas gali pakelti smulkius daiktus ar net mažus gyvūnus. Magnetinės levitacijos traukiniai išvysto didelį greitį tik dėl magnetinio stūmimo. Anot žurnalo „Wired“, kai kurie žmonės net į pirštus įdeda mažyčius neodimio magnetus, kad aptiktų elektromagnetinius laukus.

Magnetinio rezonanso tomografijos aparatai, veikiantys naudojant magnetinį lauką, leidžia gydytojams ištirti pacientų vidaus organus. Gydytojai taip pat naudoja elektromagnetinius impulsinius laukus, kad patikrintų, ar lūžę kaulai tinkamai sugyja po smūgio. Panašų elektromagnetinį lauką naudoja astronautai, kurie ilgą laiką praleidžia be gravitacijos, kad išvengtų raumenų patempimo ir kaulų lūžių.

Magnetai taip pat naudojami veterinarinėje praktikoje gyvūnams gydyti. Pavyzdžiui, karvės dažnai serga trauminiu retikuloperikarditu – sudėtinga šių gyvūnų liga, kuri dažnai kartu su pašaru praryja smulkius metalinius daiktus, kurie gali pažeisti gyvūno skrandžio sieneles, plaučius ar širdį. Todėl dažnai prieš šerdami karves patyrę ūkininkai magnetu nuvalo maistą nuo smulkių nevalgomų dalių. Tačiau jei karvė jau prarijo kenksmingų metalų, tada magnetas jai duodamas kartu su maistu. Ilgi ploni alniko magnetai, dar vadinami „karvės magnetais“, pritraukia visus metalus ir neleidžia jiems pakenkti karvės skrandžiui. Tokie magnetai tikrai padeda išgydyti sergantį gyvūną, tačiau vis tiek geriau pasirūpinti, kad į karvės maistą nepatektų kenksmingų elementų. Žmonėms draudžiama ryti magnetus, nes patekę į skirtingas kūno dalis jie vis tiek bus pritraukti, o tai gali sukelti kraujotakos blokavimą ir minkštųjų audinių sunaikinimą. Todėl, kai žmogus praryja magnetą, jam reikia operacijos.

Kai kurie žmonės mano, kad magnetinė terapija yra medicinos ateitis, nes tai vienas iš paprasčiausių, tačiau veiksmingų daugelio ligų gydymo būdų. Daugelis žmonių jau įsitikino, kad magnetinis laukas veikia praktiškai. Magnetinės apyrankės, karoliai, pagalvės ir daugelis kitų panašių gaminių yra geriau nei tabletės gydant pačias įvairiausias ligas – nuo artrito iki vėžio. Kai kurie gydytojai taip pat mano, kad stiklinė įmagnetinto vandens kaip prevencinė priemonė gali pašalinti daugumą nemalonių negalavimų. Amerikoje magneto terapijai kasmet išleidžiama apie 500 milijonų dolerių, o visame pasaulyje žmonės tokiam gydymui išleidžia vidutiniškai 5 milijardus dolerių.

Magnetinės terapijos šalininkai skirtingai interpretuoja šio gydymo metodo naudingumą. Kai kurie sako, kad magnetas gali pritraukti geležį, esančią hemoglobino kraujyje, taip pagerindamas kraujotaką. Kiti teigia, kad magnetinis laukas kažkaip keičia kaimyninių ląstelių struktūrą. Tačiau tuo pat metu moksliniai tyrimai nepatvirtino, kad statinių magnetų naudojimas gali atleisti žmogų nuo skausmo ar išgydyti ligą.

Kai kurie šalininkai taip pat siūlo, kad visi žmonės naudotų magnetus vandeniui valyti savo namuose. Kaip sako patys gamintojai, dideli magnetai gali išvalyti kietą vandenį, pašalindami iš jo visus kenksmingus feromagnetinius lydinius. Tačiau mokslininkai teigia, kad vandenį kietina ne feromagnetai. Be to, dveji metai magnetų naudojimo praktiškai neparodė jokių vandens sudėties pokyčių.

Tačiau nors magnetai vargu ar turės gydomojo poveikio, juos vis tiek verta studijuoti. Kas žino, galbūt ateityje atrasime naudingų magnetų savybių.