Człowiek i magnetyzm

Stanisław M. Dubiel

Wydział Fizyki i Informatyki

Stosowanej, AGH Kraków

2

1905 - Annus mirabilis

• Teoria

względności

• Efekt

fotoelektryczny

• Ruchy Browna

• Celofan

• Amol

• Herbata w

torebkach

3

Teoria względności

• E = mo

c2

(bomba atomowa,

synteza, zakrzywienie światła)

• Dylatacja czasu (paradoks

bliźniąt)

• Kontrakcja długości

• M = mo

[1 – (v/c)]-1/2

4

Efekt fotoelektryczny

5

Ruchy Browna

• Najczęściej cytowana praca

(dowód istnienia atomów)

50 m

6

Magnetyzm

• Jest najstarszą

dziedziną fizyki

(ok. 4600 lat)

• Pełni szczególną

role w życiu i

działalności

człowieka

• Naturalne

magnesy

(magnetyty)

• Makroskopowy

charakter

• Pole

geomagnetyczne

Do XIX w. zastosowania ograniczały się do celów nawigacyjnych - kompasy

7

Magnetyzm

• Odkrycia XIX w.: Oersteda, Faradaya,

Ampera, Maxwella Rozwój:

komunikacji, transportu, energetyki

(telefon, radio, telewizja, komputery.)

• Zastosowania w różnych dziedzinach

nauki (fizyka, medycyna, biologia..)

• Przeciętny dom (USA) ma > 50

magnesów, samochód > 20.

8

Magnetyzm

• Historia

• Nawigacja

• Fizyka

• Technologia

• Medycyna

9

Historia

• 2600 BC wojska Huang-Di

używały kompasów

10

Historia

• 1500 BC odkrycie magnetytu Fe3O4

w miejscowości Magnesia

• 500 BC Tales z Miletu „magnes lapis”

• 1080 AD Shen Kuo opis igły magnet.

• 1269 AD list P. Peregrinusa –

pierwsza publikacja z fizyki

11

Historia

• 1600 William Gilbert „De Magnete”

- hipoteza, ze Ziemia jest magnesem

pierwsze naukowe wyjaśnienie

zachowania się igły magnetycznej

magnetyzm Ziemi był jej drugą

cechą (po kształcie kulistym)

12

Historia

• 1820 Arago • 1825 Ampere

• 1820 Oersted

13

Historia

• 1831 Faraday • 1873 Maxwell

Na podstawie tych doświadczeń i teorii pokazano, że magnetyzm to znacznie więcej niż pole magnetyczne Ziemi i naturalne magnesy. M. in. pokazano, że elektryczność i magnetyzm są ze sobą ściśle związane.

14

Historia – XX w.

• Znaczne postępy w wiedzy i

zastosowaniach

• Odkrycie magnetyzmu w

kosmosie (np. Mars, Słońce)

15

Historia – XX wiek

• Magnesy trwałe 30 T

• Pola impulsowe 850 T

• Pomiar 10-15 B 10

11T

16

Nawigacja

• Do XIX w. główne wykorzystanie

magnetyzmu (Kolumb, Vasco da

Gama, Magellan)

17

Nawigacja

• Dlaczego?

= 14o – 17o

(700 – 950 km)

N S

N

S

18

Nawigacja

• Migracja zwierząt

19

Nawigacja

• Migrujące zwierzęta

20

Nawigacja

• Magnetyczne bakterie

• Północne • Południowe

21

Fizyka

• Badania fundamentalne

• Lorenz & Zeeman (1902)

• Purcell & Bloch (1952)

• Néel (1970)

• van Vleck (1977)

• von Klitzing (1985)

• Fert & Grünberg (2007)

• Zastosowania

22

Fizyka

• Badania podstawowe

paramagnetyzm

ferromagnetyzm

antyferromagnetyzm

ferrimagnetzm

diamagnetyzm

superparamagnetyzm

speromagnetyzm

asperomagnetyzm

szkło spinowe

23

Fizyka

• Fizyka jądrowa - cyklotron

22

max BRE

24

Fizyka

• Fizyka półprzewodników - ef. Halla

d

Bi

nq

AUH

25

Technologia

• Magnesy • Elektromagnesy

inB o

inB o

TB 2

26

Technologia

• Magnesy trwałe

Co 1388 35000

Fe 1043 500

Ni 637 15000

Tc[K] cena/$

27

Technologia

• Magnesy trwałe

28

Technologia

• Magnesy nadprzewodzące

29

Technologia

• Maglev (Transrapid)

30

Technologia

• Tokamak

31

Medycyna

• Pole magnetyczne Ziemi

32

Medycyna

• Starożytność i Średniowiecze

• magnes lapis – panaceum np.

Kleopatra leczyła nim bóle głowy

• Współcześnie: magnetoterapia

33

Medycyna

• Współczesna magnetoterapia

(Pola statyczne i zmienne)

• Choroba Alzheimera

• Lumbago

• Bóle głowy

• Depresje

• Leczenie ran

34

Medycyna

• Obrazowanie MRJ

35

Biomedycyna

• MRJ obrazowanie

36

Człowiek i Magnetyzm

KONIEC

„Magnetism has its

root in the beginning

of creation”

Lorenz Oken (1779-1851)