NEŠTO VIŠE O MAGNETIMA I MAGNETIZMU

Nove tehnologije u elektroenergeticielektroenergetici, Sarajevo 2009.

Zašto se koriste jaka magnetska polja?j g p j

Mnoge oblasti znanstvenih istraživanja koriste jaka magnetska polja.

Nuklearna magnetska Resonansa (NMR): Kakva je struktura proteina u ljudskom tijelu?

…kako rade proteinske membrane?...ćelijske membrane, nervne membrane…

Oslikavanje magnetskom rezonansom (MRI): …gledanje u unutrašnjost tijela bez operativnog zahvata…promatranje funkcija organa

…kako voda difundira kroz tijelo ?…kako lijekovi difundiraju kroz tijelo?... Gdje i kako metaboliziraju?

MRI Mikroskopija: …promatranje proteina, gena i ćelija u realnom vremenu... … Kako se ćelije dijele?... Kada se ćelije dijele van kontrole (tumor)...…kad i kako imunološki sistem otkazuje? (AIDS)

Ion Ciclotron Resonance (ICR): Najosjetljiviji sistem za mjerenje mase složenih smjesa...Nafta... treba li bušiti dublje?

5

Šta je to magnetizam?

“two-liter” magnets10

Šta je to elektromagnetizam?j g

Elektromagnetizam je jedna od četiri poznate fundametalne sile u prirodi.

Jaka nuklearna sila ..... drži sdružene kvarkove formirajući tako protone i neutroneSlaba nuklearna sila ..... uključena u radioaktivnost jezgre atomaSlaba nuklearna sila ..... uključena u radioaktivnost jezgre atoma

Gravitaciona sila ... drži poredak u galaksiji ...

Elektromagnetizam ......

Zašto je elektromagnetizam interesantan većini ljudi?

Skoro nitko ne zna ništa o slabim i jakim nuklearnim silama.S i b št it iji li itk t ž či iti ištSvi znamo barem nešto o gravitaciji... ali nitko tu ne može učiniti ništaMagnetizam se čini magičnim ... to je jedina sila s kojom se možemo igrati.

11

Malo o historiji magnetizmaj g

~ prije 2000 godina Ljudi su poznavali prirodni magnet (oksid

1100’s željeza) Kinezi su koristili prirodni magnet kao

1200’-tih Peter Peregrinus je otkrio da ....magneti imaju dva suprotna kraja

sredstvo za navigaciju

... magneti imaju dva suprotna kraja

... prirodni magnet može namagnetizirati iglu

... rođenje modernog kompasa

c. 1600 William Gilbert je otkrio ...... da je Zemlja magnet N S

North and South Poles

Scientific clothing…Earth as magnet

William Gilbert

12

Šta je to magnetizam?g

Magnetizam i elektricitet su u potpunosti isprepleteni.Električna struja (pokretni električni naboji) stvara magnetizam.

Malo o historiji magnetizma

NN

SS

Andre-Marie Ampere

1820-27 otkrio da elektricitet u kretanju možeproizvesti magnetizamproizvesti magnetizam

13

Što je to magnetizam?Magnetizam i elektricitet su u potpunosti isprepleteni.Električna struja (pokretni električni naboji) stvara magnetizam

Malo o historiji magnetizma

Andre-Marie Ampere

1820-27 otkrio da elektricitet u kretanju možeproizvesti magnetizamproizvesti magnetizam

14

Što je to magnetizam?Magnetizam i elektricitet su u potpunosti isprepleteni.

Električna struja (pokretni električni naboji) stvara magnetizam.

NMalo o historiji magnetizma

N__

_ _

S

____ _

SAndre-Marie Ampere

1820-27 otkrio da elektricitet u kretanju možeproizvesti magnetizamproizvesti magnetizam

Electron spin 15

Magnetizam i elektricitet su u potpunosti isprepleteni.

M l hi t iji tiMalo o historiji magnetizmaMagneti

Namotajižice

Michael Faraday

žice

1821-31 Otkrio da se kretanjem magneta možeproizvesti elektricitet.Otkrio da elektricitet i magneti, zajedno,mogu proizvesti kretanjemogu proizvesti kretanje.

.... na osnovi ovih otkrića razvijeni su električni generatori i motori ...

.... i započela je industrijskarevolucijarevolucija ...

16

Magnetizam i elektricitet su u potpunosti isprepleteni.na osnovi ovih otkrića razvijeni.... na osnovi ovih otkrića razvijenisu električni generatori imotori...

.... i započela je industrijska revolucijarevolucija...

Generator Unutar brane

Kretanje postignutoBakarna žica(dalekovod) (padom vode na

l ti t bi )Sijalica

(vaša kuća)

lopatice turbine)

Od kretanja do elektriciteta......GENERATOR17

Problemi kod proizvodnje jakih magnetskih poljaStalni (permanentni) magnetiZemljino magnetsko polje 0,4 · 10-4 TŽeljezni oksid 600 · 10-4 TNeodij – željezo – bor 4 000 · 10-4 Tj j

--- ovo su granice (skoro) za stalne magnete

19

Problemi kod proizvodnje jakih magnetskih polja

Stalni (permanentni) magnetiZemljino magnetsko polje 0,4 · 10-4 TŽeljezni oksid 600 · 10-4 TNeodij – željezo – bor 4 000 · 10-4 T

... ovo su granice (skoro za stalne magnete)

Elektromagneti

--- problemi s hlađenjem (magnetradi 4 sata)

--- nema problema s hlađenjem(impulsi kraći od sekunde)

45 T Hibridni DC magnet (NHMFL-Tallahassee)

80 T Impulsni magnet (NHMFL-Los Alamos)(impulsi kraći od sekunde)

21

Materijali koji imaju veću mehaničku čvrstoćudirektno vode dodirektno vode do ...

JAČIH MAGNETSKIH POLJA

25

NHMFL impulsni magneti u laboratoriji Los Alamos

Impulsni magnet

1.4 GW generator

1.4 Gigawatts at Universal 26

Magnet dugihimpulsa, 60 T

Prvi put proizvedenolj d 60 Tpolje od 60 T

60

Procedura:Osoblje napušta zgradu ...

30

40

50

C F

IELD

(te

sla) ... generator se ubrzava na 1 800 o/min

... uključuje se prekidač

... generator se usporava u jednoj sekundi

0

10

20

30

MA

GN

ETI

C

... magnet proizvodi 60 T

00 1 2 3

TIME (seconds)

27 60T LP Sound

Puls 915July 28, 2000

9:15:01 am

9:15:00 am

Najotporniji čelik na

Najčvršći vodiči na svijetu

Najotporniji čelik na svijetu

Najčvršći vodiči na svijetu

28

Zašto istraživati magnetska polja?

Ispitivanje magnetski materijala + primjene elektro magneta u fizici

Da li koristite ...t bil? ( lt t i b )automobil? (alternator, prozori, brave)

kompjuter? (disk drive motor, hard-drive, read/drive mehanizam za hard-drive))‘tunes’? (CDs, i POD hard-drives, mikrofon i slušalice)

…Mikroprocesorska epoha mogla bi sejednostavno nazvati i epohom mikromagnetike ...

Što je to dobro u današnjim istraživanjima?

Ne znam ... i to je ponekad teško predskazatij

31

Kratka povijest supravodljivosti

s)

Pustimo struju kroz uzorak

Res

ista

nce

(ohm

s

Heike Kamerlingh OnnesTemperatura (Kelvin)

(stupnji iznad apsolutne nule)

Izmjenimo napon...gubitak energije zbogprotjecanja struje krozuzorak (zagrijavanjeuzorka)

1911. otkrio supravodljivost, činjenicuda električni otpor u nekim materijalima izenandno pada namaterijalima izenandno pada nanulu, ako se oni ohlade.

1913. dobio Nobelovu nagradu

SLIKE NEOZLIJEĐENOG TKIVA

• MRI mikroskopija bez bil k k lj j likbilo kakvog mrljanja slike

• MRI 3D slika: tako da se može vidjeti iz bilo kojeg kuta

• Kontrast dobiven iz svojstava nuklearne magnetske relaksacije vode u Havuvode u Havu

Ozdravljenje povrede kičmene moždine u danima nakon nagnječenja.

6

Kratka povijest supravodljivostip j p j

Heike Kamerlingh Onnes John Bardeen Leon Cooper Robert Schrieffer

1911. otkrio supravodljivost, činjenicuda električni otpor u nekim materijalima iznenadno pada na

1957. otkrili teoriju supravodljivosti koja je objasnilasve do tada poznate supravodiče...

i postala široko prihvaćenommaterijalima iznenadno pada nanulu, ako se oni ohlade.

1913. dobio Nobelovu nagradu.

....i postala široko prihvaćenom....1972. Nobelova nagrada za fiziku

... i nakon toga 1987... ...otkriće visokotemperaturnih supravodiča...

33

Godine 1987Godine 1987,

Otkriveni su visokotemperaturniOtkriveni su visokotemperaturni supravodiči….(High Temperature(High Temperature Supercondutivity)….i svijet se promijenioi svijet se promijenio ...

(da li ste to opazili?)(da li ste to opazili?)

1

Zašto naziv “visokotemperaturna” supravodljivost?

Temperatura (Kelvin)niskotemperaturni

diči

0 100 200 300 400 500 600

Možemo li naći suprovodič koji radi na

sobnoj temperaturi?

Temperatura (Kelvin)Visokotemperaturnisupravodiči

suprovodiči

Možemo li naći

visokotemperaturni suprovodič

tehnološke primjene za visokotemperaturne

suprovodiče?

Jaki permanentni magnet

38