استفاده از میدان مغناطیسی برای کاهش یا محدود کردن رشد باکتری ها، جلسه اول

آشنایی با میدان مغناطیسی و ساخت میدان و فضایی که میدان در آن اعمال شود.

اهداف جلسه: در این جلسه می خواهیم کمی با میدان مغناطیسی و انواع آن آشنا شویم و یک میدان ساده الکتورمغناطیس بسازیم.

وسایل مورد نیاز

میخ آهنی

چسب

سیم ساده مسی

چند عدد باطری قلمی

قطب نما

یک تخته چوبی یا پلاستیکی

مقدمه:

مغناطیس و آهن ربا

یونانیان باستان بیش از 2500 سال پیش با پدیده ی آهن ربا آشنا بودند، ماده ی کانی مگنتیت (Fe3O4) (ماده معدنی مغناطیسی) که آهن را می رباید، آهن ربا می گویند. مشهور است که این ماده برای نخستین بار در محلی به نام "مگنزیا"مشاهده است. سنگ های معدنی مغناطیسی از صدها سال پیش از میلاد شناخته شده بودند. قطب نما هم نزدیک به ۱۰۰۰ سال است که شناخته شده است. در قرن ۱۷، دانشمندی انگلیسی به نام ویلیام گیلبرت با تأیید مشاهدات قبلی درباره قطب های مغناطیسی نتیجه گیری کرد که زمین یک آهنربا است.

خاصیت آهنربایی در آهن، نیکل، کبالت و پاره ای از ترکیبات و آلیاژهای آن ها نیز وجود دارد.

آهن ربا را با توجه به نوع کاربردی که دارند، به شکل های مختلف (میله ای،نعلی شکل، تیغه ای و...) می سازند.

میدان مغناطیسی:

آهن رباها می توانند یک میدان مغناطیسی به وجود آورند. منظور از این میدان مغناطیسی یعنی اینکه اطراف خود را با خاصیت مغناطیسی تحت الشعاع قرار میدهند. این میدان مغناطیسی دارای جهت و امتداد است . در آهنرباها همیشه جهت خطوط میدان مغناطیسی از طرف قطب شمال (N) به سمت قطب جنوب (S) کشیده می شود. به کمک دو آهنربای تخت، براده آهن و یک تکه کاغذ می توانیم این خطوط مغناطیسی و میدان را نشان دهیم. براده آهن را روی کاغذ می ریزیم و کاغذ را روی آهن ربا قرار می دهیم و آرام آرام آن را تکان می دهیم.) براده ها به مرور در یک جهت منظم می شوند و تشکیل خطوطی را می دهند. این خطوط همان جهت میدان مغناطیسی از N به S است )

همه آهن رباها دو نقطه دارند که در آنها نیروی مغناطیسی بزرگ تر است. این دو نقطه به عنوان قطب های آهنربا شناخته شده اند. برای یک آهن ربای نواری مستطیل شکل یا استوانه ای، این دو قطب در دو انتهای مخالف قرار دارند. یک قطب در جست و جوی قطب شمال یا قطب شمال شناخته می شود و قطب دیگر در جست وجوی قطب جنوب یا قطب جنوب نامیده می شود. در قطب نما، قطب شمال آهن ربا همیشه به دنبال یا رو به سمت شمال است.

انواع آهن ربا

– آهنرباهای دایمی

برخی از آهن رباها که به عنوان آهن رباهای دایمی شناخته می شوند، خودشان بدون کمک هیچ نفوذ خارجی نیرویی را بر اشیا اعمال می کنند. مگنتیت یا سنگ آهن، یک آهن ربای دایمی طبیعی است. آهنرباهای دایمی دیگر را می توان با قرار دادن مواد خاصی در معرض نیروی مغناطیسی ساخت. هنگامی که نیروی مغناطیسی برداشته شود، این مواد خواص مغناطیسی خود را حفظ می کنند. اگر چه خواص مغناطیسی ممکن است در طول زمان و یا در دماهای بالا تغییر کند، اما این مواد به طور کلی مغناطیسی دایمی در نظر گرفته می شوند.

آهن ربای الکتریکی

آهن ربای الکتریکی نوعی آهن ربا است که در آن میدان مغناطیسی توسط جریان الکتریکی تولید می ‌شود این نوع آهن ربا ها ساده ‌ترین دستگاه ‌های قابل ساخت هستند، به خوبی ارتباط میان میدان‌ های الکتریکی و مغناطیسی را نشان می ‌دهند.

هنگامی که جریان الکتریکی از میان سیم پیچ عبور می کند، این مواد نیروی مغناطیسی خارج می کنند. وقتی جریان الکتریکی قطع می شود، نیروی مغناطیسی این مواد به نزدیک به صفر پایین می آید. مواد الکترومغناطیسی بدون جریان الکتریکی در سیم پیچ مقدار کمی از خواص مغناطیسی را حفظ می کنند. ویژگی اصلی آهن ربای الکتریکی این است که بر خلاف آهن ربای طبیعی، خاصیت مغناطیسی ‌اش به خاموش یا روشن کردن دستگاه وابسته است.