Yeni BilgiShenma melez bir mıknatıs mı?
"Damei Güçlü Manyetik Alan" adlı bir makale yazdığım için birçok kişi bana hibrit mıknatıs nedir diye sordu. O ne işe yarar? Bunu açıklamak için yine de eşlik eden bir makale yazmak gerektiğini düşünüyorum.Popüler bilimin dilini olabildiğince kullanmayı umuyorum ve herkesin anlayabileceğini umuyorum.
Manyetik alanın doğasını, prensibini ve varlığını açıklamayacağım.Lise ders kitaplarında var ve Baidu Jun bu karışıklığı kolayca çözebilir.Blog yazım manyetik alanların uygulanmasına odaklanacak.
1. Shenma güçlü bir manyetik alan mı?
(1 ) jeomanyetik
Sözde güç sadece göreceli bir kavramdır. Bizim elde edemediğimiz her zaman en iyisidir, aynı şekilde insanoğlunun yapamadıklarını da çok güçlü sanırız. Bu nedenle güçlü manyetik alan kavramı giderek değişiyor.İnsanlar önce dünyanın bir manyetik alana sahip olduğunu keşfettiler ki bu inanılmaz bir keşif.O zamandan beri pusula geliştirildi.Daha sonra bazı hayvanların da manyetik alanı tanıyabildiği keşfedildi. jeomanyetizmaya göre. O zamandan beri, jeomanyetizmadan son derece minnettar olduk, hayran olduk ve hatta korktuk. Birçok uçak kazasının bilinmeyen nedenleri bile jeomanyetizmaya bağlanıyor. Bilimkurguda jeomanyetizma sonsuz derecede büyütülür ve jeomanyetizma her şeye kadir görünüyor. Aslında jeomanyetizma sadece 0,5-0,6 Gauss'tur.Kalıcı mıknatıslar ve diğer nedenlerle bazı yerlerde manyetik alan yüksek olsa bile, uçağın uçuşunu etkilemek istiyorsanız, uçak düşük irtifada uçmuyorsa Mesafe arttıkça manyetik alanın hızla bozulacağını bilmelisiniz. Uzakta, unut gitsin. Şu anda, kalıcı bir mıknatıs bulabilirseniz, herkes onun güçlü bir mıknatıs olduğunu ve güçlü bir manyetik alan oluşturabileceğini düşünecektir.
(2 ) kalıcı mıknatıs
İnsanlar kalıcı mıknatıslar veya doğal mıknatıs taşları keşfettiklerinde, eski çağlarda çok erken bir tarihte ülkemde mıknatıstaşı kayıtları vardı. Qin öncesi dönemde "Guanzi" şöyle kaydetmiştir: "Dağda mıknatıs varsa, altında altın ve bakır vardır." Mıknatısların keşfinin binlerce yıl olduğu görülebilir. Modern zamanlarda, endüstrinin sürekli gelişimi ile insanlar, çeşitli şekil ve yapılarda kalıcı mıknatısları sentezlemek ve üretmek için nadir toprak malzemelerini kullanabilirler. Kalıcı mıknatısların bir çok kullanım alanı vardır.Kulaklık, radyo, stereo gibi birçok cihaz ve orijinalde kullanılabilirler.Ülkemiz bile bir zamanlar kalıcı mıknatısları 0,5 T manyetik rezonans görüntüleyici yapmak için kullanıyordu.Gerçek olanı görmedim ama küçük olmamalı.. Şu anda, en fazla 10.000 Gauss'tan fazla bir manyetik alan elde edebilen en temsili yapay kalıcı mıknatıs malzemesi NdFeB olmalıdır. Yani, güçlü manyetik alan tanımı 10.000 Gauss'un üzerine itilir.
(3 ) enerjili solenoid
10.000 gauss'un üzerinde yeni bir dünya var ve kalıcı mıknatıslar dünyanın erişiminin ötesinde.Bu zamanda, modern elektrik gücünün büyük bir çıkış yapması gerekiyor. Lise bilgisi bize elektrikli bir solenoidin bir manyetik alan oluşturabileceğini söyler.Evet, tel bir bobine sarılır ve bir manyetik alan oluşturmak için bir akım uygulanır. Motorlar, transformatörler ve diğer ekipmanlar dahil olmak üzere, enerji verilmiş solenoidlerin birçok kullanım alanı vardır. Teorik olarak sonsuz bir akım geçirilerek sonsuz bir manyetik alan oluşturulabilir ama hepimizin bildiği gibi tüm iletkenlerimiz dirençlidir ve akımı geçtikten sonra ısınırlar. A geçilirse uzun süreli çalışmadan sonra telin ısınması çok belli olur.1000 A geçilirse 10000 A ne olur? Aynı şekilde enerjilenen solenoid de bu ısınma sorununa dayanamaz.Malzemenin mekanik özellikleri ve yalıtım özellikleri sorunlu olacaktır.Aynı zamanda elektromanyetik kuvvet sorunu da vardır.Akım çok büyükse, mıknatıs olacaktır. dakikalar içinde dağılır. Solenoid, su soğutmalı ve geliştirilmiş bir tel ile sarılsa bile, en fazla 20.000 Gauss'tan daha fazla bir manyetik alan üretebilir.Kalıcı mıknatısla karşılaştırıldığında, iyileştirme büyük değil, ancak hacim çok daha küçüktür. Güçlü manyetik alan, sadece 20.000 Gauss'ta durabilir mi?
(4 )ACI Tip su soğutmalı mıknatıs
Yakında tanıtılacak olan BITTER tipi su soğutmalı mıknatıs, bu mıknatıs geliştirilmiş bir su soğutmalı mıknatıs enerjilendirme solenoidi olarak kabul edilebilir, ancak yapısı geleneksel solenoidden tamamen farklı olduğu için ayrıca tanıtılması gerekir. Basitçe söylemek gerekirse, BITTER tipi su soğutmalı bir mıknatıs yapmak için, önce çok sayıda bakır levhayı delmeniz ve ardından tam bir mıknatıs oluşturmak için yüzlerce bakır levhayı istiflemeniz gerekir.Bu mıknatısın avantajı, yüksek basınçlı deiyonize edilmiş olmasıdır. mıknatısı soğutmak için su kullanılır.Delikteki hızlı akış, mıknatısa enerji verildiğinde oluşan ısıyı hızla uzaklaştırabilir, bu nedenle soğutma etkisi çok iyidir; aynı zamanda, mıknatıs ayrılmaz bir yapı olduğundan, güçlü mekanik özellikler Su soğutmalı mıknatıs hızla 100.000 gauss'luk bir manyetik alana ulaştı ve bu büyük bir sıçramaydı. Bu ilke, Amerika Birleşik Devletleri'nde Francis Bitter adlı bir bilim adamı tarafından icat edildi, bu nedenle daha sonra BITTER tipi su soğutmalı mıknatıs olarak adlandırıldı. Daha sonra Amerika Birleşik Devletleri'ndeki güçlü alan ve Hollanda'daki güçlü alan bu yapıyı benimsemiştir.Hefei Bilim Adamızın güçlü manyetik alan merkezi de bu ilkeyi benimsemiş ve bu temelde daha da optimize ederek maksimum 385.000 manyetik alan elde etmiştir. aynı zamanda su soğutmalı olan gauss, bir mıknatısın şu anda ulaşabileceği en yüksek manyetik alan için dünya rekoru. Bu tür bir mıknatısın tasarımı çok ustacadır, ancak aynı zamanda çok yüksek işleme ve kurulum doğruluğu gerektirir.Hem teorik analiz hem de işleme ve kurulumda mükemmellik gerektirir ve hayal etmesi zordur. Bu tür bir mıknatıs, bilimsel araştırmalar için iyi deneysel koşullar sağlar, ancak gerçek endüstriyel üretimde nadiren kullanılır. Tabii ki burada, Fransız güçlü manyetik alanının, performansı BITTER mıknatısından çok daha düşük olmayan, çok spiralli su soğutmalı bir mıknatıs olarak adlandırılan başka bir mıknatıs türünü de icat ettiğini açıklamak gerekir. Bu nedenle, güçlü manyetik alan unvanını elde etmek için 100.000 gauss'tan daha büyük bir manyetik alan oluşturmalısınız.
(5 ) süper iletken mıknatıs
Süperiletkenliğin keşfinden bu yana yüz yıl geçti Keşfedilmesinden bu yana insanlar umutlarını süper iletken mıknatıslar yapmak için süper iletken malzemeler kullanmaya bağladılar. Ancak süperiletken malzemelerin kullanımı o kadar kolay değil.Kavramsal olarak, süperiletken malzemelerin direnci yoktur, evet, ancak bunun öncülü, kritik sıcaklığın altında çalışmaları gerektiğidir. Günümüzde birçok süper iletken malzeme keşfedilmiş olmasına rağmen, düşük sıcaklıkta süper iletkenlik, bizmut serisinin yüksek sıcaklıkta süper iletkenliği, itriyum serisinin yüksek sıcaklık süper iletkeni, magnezyum borid, demir bazlı ve hatta kokulu hidrojen sülfür, hepsinin süper iletkenliği vardır. İletkenlik, ancak malzemelerin gerçek büyük ölçekli uygulaması, iki düşük sıcaklıklı süper iletken malzeme, niyobyum titanyum ve niyobyum tritin ile sınırlıdır.Genel çalışma sıcaklığı, 4.2 K sıvı helyum sıcaklığı veya eksi 269 derecedir. Süper iletken malzemenin kendisi, karmaşık yapısı ve yüksek işleme zorluğu nedeniyle çok pahalıdır. Malzemenin kendisinin maliyeti ne olursa olsun, genel endüstriyel üretim için tek başına soğutma maliyeti gerçekten karşılanamaz. Ancak buna rağmen, süper iletken mıknatıslar hala birçok yerde kullanılmaktadır.Hayatta en yaygın olanı, hastanedeki tümörleri doğru bir şekilde kontrol edebilen manyetik rezonans ekipmanıdır. Ayrıca süperiletken mıknatısların büyük çoğunluğu bilimsel araştırmalarda, yapay güneşte, hızlandırıcılarda, güçlü manyetik alanlarda vb. kullanılmaktadır. Bununla birlikte, süper iletken mıknatıslar tarafından oluşturulan manyetik alan sınırsız değildir.Malzemenin kendisinin kritik manyetik alanı ile sınırlıdır.Niyobyum titanyum sadece 100.000 gauss'un altındaki manyetik alanlar için kullanılabilir ve niyobyum tritin sadece bir manyetik alan oluşturabilir. 235.000 gauss'a kadar Yükselmek için, yalnızca yüksek sıcaklıkta süper iletken malzemelere güvenebiliriz, ancak yüksek sıcaklıkta süper iletken malzemeler henüz tam olarak olgunlaşmamıştır. İster malzeme özellikleri ister mıknatıs teknolojisi olsun, hala geliştirme için çok yer var Gelecekte 300.000 hatta 400.000 Gauss üretilecektir.Yukarıdaki manyetik alan hala umut vericidir.
iki, Güçlü manyetik alanlar faydalı mı?
Güçlü manyetik alan kavramı çok tanıtıldı, ancak güçlü manyetik alanın kullanımı nedir? Aslında çok profesyonel ama aynı zamanda çok basit. Güçlü manyetik alan, bilimsel araştırmalar için özel bir ortam sağlayan, maddenin yapısının ve dönüşüm sürecinin değişebileceği, fizik, kimya, malzeme ve biyoloji araştırmaları için yeni fırsatlar sunan önemli bir aşırı durumdur. yeni boşluklar. Son yirmi yılda, kuantum Hall etkisi, fraksiyonel kuantum Hall etkisi, manyetik rezonans görüntüleme, ikinci tip süper iletkenler ve süperakışkan teorisi dahil olmak üzere güçlü manyetik alanlarla ilgili 8 Nobel Ödülü verildi. Nobel'in büyük şapkasıyla, kimsenin olumlu etkisinden şüphe etmeyeceğine inanıyorum. Güçlü manyetik alanlar, aşırı düşük sıcaklıklar ve aşırı yüksek basınçlar, temel araştırmalar için güçlü araçlar olarak adlandırılabilir. Güçlü manyetik alan, sahip olmaya değersin.
Bunun nedeni tam olarak, manyetik alan kuvveti ne kadar yüksek olursa, malzeme sisteminin elektronik enerji durumundaki değişiklik o kadar büyük olur, bu da daha tuhaf fenomenlerin ortaya çıkmasına neden olur ve bilimsel yenilik için daha fazla fırsat sağlar. Bu nedenle, yüksek bir manyetik alan elde etmek için etkili bir yöntem olarak, güçlü bir manyetik alan deney cihazı, yoğun madde fiziği, manyetizma, malzeme bilimi, kimya, yaşam alanlarında son teknoloji temel araştırmaları yürütmek için yeri doldurulamaz ve önemli bir araç haline geldi. bilim ve tıp. Amerika Birleşik Devletleri, Fransa, Japonya, Hollanda ve diğer ülkeler art arda kendi güçlü manyetik alan laboratuvarlarını kurdular. Ülkemiz geç başlasa da şu an iyi gidiyor.Yalnızca yer kaplamakla kalmıyor, Amerikalıların bizi rakip olarak görmeye başladığı bildiriliyor. Laomei'nin bir rakibi olarak aniden bir başarı duygusu hissettim. Ayrıca Korelilerin güçlü manyetik alanımızın hızla geliştiğini gördükleri söyleniyor.Son iki yılda onlar da heveslendiler ve bizimle gizli ve açık iletişime geçmeye başladılar.Dragon Boat Festivali kapmak kolay ama güçlü manyetik alan teknolojisi o kadar kolay değil.
üç, Shenma melez bir mıknatıs mı?
Güçlü manyetik alan yeni tanıtıldı ve hibrit bir mıknatıs ortaya çıktı.Neden bu kadar çok yeni terim var? Bilim, yenilik olmadan bilim nasıl yapılabilir? Daha önce bahsedildiği gibi, BITTER tipi su soğutmalı mıknatıslar harikadır ve 385.000 gauss'luk bir manyetik alan oluşturabilirler.Süper iletken mıknatıslar da iyidir ve 200.000 gauss'tan fazla bir manyetik alan oluşturabilir. Ancak, sınırsızlığın peşinde daha yüksek bir manyetik alan oluşturulabilir mi? Bu, sahip olabilir. BITTER tipi su soğutmalı mıknatıs harika olsa da gerçekten bir elektrik kaplanıdır.Bir mıknatısın dönmesini istiyorsanız, küçük bir termik santralin enerjisini girmeniz gerekir.Daha yüksek bir manyetik alan istiyorsanız, yapmanız gerekir. enerjiyi ikiye katlayın. Aynı zamanda, mevcut malzemelerin performansı gereksinimleri karşılamamıştır ve hem elektriksel iletkenlik hem de mekanik özellikler baskı altındadır. Süper iletken mıknatıslar için, manyetik alanın gerçekleştirilmesi çok daha kolay olmasına ve çok fazla enerji girişi gerektirmemesine rağmen, kritik manyetik alan ölüdür ve onun ötesine geçemezsiniz. Bu sefer 1+1 düşündük > 2. Su soğutmalı mıknatıslar ve süper iletken mıknatısları birleştirin, birbirlerinin güçlerinden öğrenin ve eksikliklerini giderin ve ortaklaşa bir manyetik alan oluşturun.Bu en yüksek verimliliğe ve en iyi etkiye sahiptir.Hibrit mıknatısların konsepti budur. Amerika Birleşik Devletleri'nin 450.000 Gauss'u bu prensibi kullanır ve bizim 400.000 Gauss'umuz da bu prensibi kullanır.
Burada biraz daha ayrıntılı ve hibrit mıknatısta kullanılan süperiletken mıknatısa biraz giriş.Bu mıknatısın yapısı sıradan süperiletken mıknatısınkinden farklıdır, çünkü su soğutmalı mıknatısın içine monte edilmesi gerekir, bu yüzden süper iletken telin farklı bir yapıya sahip olması için büyük bir çap sağlaması gerekir.Dayanılması gereken elektromanyetik kuvvet de 10 kat artar, bu nedenle geleneksel yoğun sargılı mıknatıslar kullanılamaz ve adı verilen yeni bir yapı kullanılmalıdır. Tüp içi kablo iletkeni (CICC) Süper iletken kablo daha sonra paslanmaz çelik bir boruya geçirilir ve daha sonra ekstrüde edilir ve ardından tüpteki kablo iletkeni kullanılarak mıknatıs sarılır. Avantajı, paslanmaz çelik boruların stres taşıyabilmesi ve daha az soğuk kütle vb. gerektirmesidir. Aslında bu tür bir iletken yapısı yabancı değil.Yapay güneş cihazındaki süperiletken mıknatıs da bu yapıyı benimser.İlke aynıdır, ancak yapı farklıdır. Hibrit mıknatısların zorluğu daha çok süperiletkenlikte yatmaktadır.Süper iletken mıknatısların sadece su soğutmalı mıknatıslar için yüksek bir arka plan manyetik alanı sağlaması gerekmez, aynı zamanda geniş bir oda sıcaklığı alanı sağlaması gerekir. Sağlanan arka plan alanı ne kadar yüksek olursa, hibrit mıknatıslar o kadar fazla olur gelecekte birleştirilecektir.Manyetik alan ne kadar yüksek olursa, oda sıcaklığında o kadar fazla alan sağlanır ve su soğutmalı mıknatısın oynayabileceği daha fazla alan. Aynı zamanda, süper iletken mıknatıs ve su soğutmalı mıknatıs arasındaki güçlü elektromanyetik bağlantı nedeniyle, su soğutmalı mıknatısın çalışma hatası, süper iletken mıknatısın kararlı çalışmasını doğrudan etkileyecektir, bu nedenle söndürme algılama ve koruma üzerindeki basınç keskin bir şekilde artar. Yabancı ülkelerdeki dört güçlü manyetik alana bakıldığında, süper iletken mıknatısların geliştirilmesinde başarısızlık riski çok büyük. Bu nedenle, süper iletken malzemelerin seçimi, mıknatıs yapısının tasarımı, işleme doğruluğu gereksinimleri ve proses kalitesinin kontrolü için gereksinimler çok yüksektir. Güçlü alanlarda riskler vardır, bu yüzden dikkatli olmanız gerekir.
dört, gözünde canlandırmak
(1) Burada bahsedilen güçlü manyetik alan, özellikle kararlı durumdaki güçlü manyetik alanı ve uzun süre çalışabilen manyetik alanı ifade eder. Darbeli güçlü manyetik alanlar genellikle yalnızca milisaniye düzeyinde bulunur, ancak manyetik alan gücü daha yüksektir. Kardeş birimimiz, Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, darbeli güçlü manyetik alanlarda harika bir iş çıkardı ve 900.000 gauss'luk bir manyetik alana ulaşmayı başardı.
(2) Bu makale, en popüler bilim olan bir blog yazısıdır, bu nedenle birçok şekilde yazma konusunda çok titiz olmayabilir.Yanlış bir şey varsa, lütfen belirtmekten çekinmeyin.
(3) Bazı resimler internetten olup, ticari bir amacı yoktur, burada minnettarlığımı ifade etmek isterim.
