Magnetism Uppdaterad: 170130 Magnetfält kring stavmagnet Magnetresonans Jordmagnetiska fältet Olika slags fält en översikt Orsaker till magnetism Kraftverkan mellan magneter Har jag använt någon bild som jag inte får använda? Låt mig veta så tar jag bort den. christian.karlsson@ckfysik.se
Magnetfält kring stavmagnet 1
Magnetfält kring stavmagnet 2 [11b]
Magnetresonans MAGNETRESONANS X FSS Magnetresonans (MR) en flexibel metod att avbilda kroppens organ K anske har du en knäskada, ont i ryggen eller något annat problem? Läkaren kan då remittera dig till en MR-undersökning. Före undersökningen får du byta om till sjukhuskläder, och en sjuksköterska frågar dig om du har metall inopererad i kroppen, eftersom den kan flytta sig i ett starkt magnetfält. Antagligen får du passera en metalldetektor när du går in i undersökningsrummet. Du placeras på en brits, en antenn placeras över den kroppsdel som skall undersökas, och du De flesta sjukhus och flera privata vårdgivare har idag MR-kameror. De större sjukhusen har ett antal för olika specialiteter, till exempel radiologi, kardiologi, fysiologi och onkologi. Unikt för MR är att det går att se skillnad på de olika vävnaderna i kroppen, och genom att variera bildtagningen kan bilderna få en tydlig kontrast mellan exempelvis en hjärtmuskel och blod, grå och vit hjärnsubstans eller till och med syresatt och syrefattigt blod (läs exempel på detta i nästa artikel). I den här artikeln beskriver vi fysiken bakom en bild tagen med en MR-kamera. får öronproppar eller hörselkåpor innan britsen förs in i MR-kameran. Du ligger helt stilla i tunneln medan apparaten för oväsen. Undersökningen tar mellan 20 och 60 minuter, beroende på vilka medicinska frågor läkaren behöver ha besvarade. nya metoder. Utöver klinisk diagnostik som är huvuduppgiften för MR, görs Vanligast är undersökningar av hjärnan, ryggraden och leder som knän och axlar, men antalet avancerade undersökningar av till exempel hjärta, buk, prostata och bröst ökar snabbt och därmed behoven av fler MR-kameror och det också mycket forskning omkring nya tekniker för datainsamling och jörer, ma nal, vilket vägen mella 22 FYSIKAKTUELLT NR 2 JUNI 2017 Skärmning av magnet- och RF-fält bildrekonstruktion, utveckling av nya hårdvarukomponenter, och naturligtvis även klinisk forskning rörande utvärdering och validering av nya metoder. Det finns MR-system som uteslutande används för forskning, till exempel den Hur skapas Magnet Värmeisolering Genomskärning Yta nationella 7T-anläggningen i Lund. En stor del av forskningen utförs i nära samarbete mellan sjukhusfysiker, ingen- I motsats till rö genom att krop den strålning som tekteras, så komm Shimspolar Gradientspole RF-mottagarspole RF-sändarspole Quenchrör och kroppens egna vä bilder använder sign serviceåtkomst Kontrollpanel (positionering, fysiologiska signaler) vatten. För att skapa signal krävs ett antal o kameran, schematiskt Mycket förenklat kan pr bild beskrivas såhär: Ett s påverkar atomkärnor i kr generera signal sänds en ra signal som ändrar orienterin Figur 1. En MR-kamera i genomskärning, med de olika komponenterna schematiskt utmärkta. Patienten har en sändarspole över torson, t ex för en hjärtundersökning. Bild: Per Arvidsson, doktorsavhandling Physiological aspects on intracardiac blood flow, Lunds universitet 2017. toner i vatten och beroende tar det olika lång tid för dem tillbaka till jämviktsläget. För a kroppen signalen kommer ifrån en variation i magnetfältet. Tillsa med matematisk bildrekonstruktio torer gör detta att vi kan avbilda till pel en genomskärning i ett knä. N beskrivs de olika stegen i lite mer deta [3b] Magnetfält Atomkärnor och deras beståndsdelar ha en kvantfysikalisk egenskap som kallas spinn. Spinnet kan ha hel- eller halvta värden, och kan vara positi [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]
Principen bakom högtalare X FSS [7c] [7b] [7d]
Jordmagnetiska fältet X FSS [9] [8] [10] [11]
Jordmagnetiska fältet X FSS [9] [8] [10] [11]
Jordmagnetiska fältet 3 [8]
Jordmagnetiska fältet 3 S N [8]
Jordmagnetiska fältet 4 S N Inklinationsvinkel [8]
Jordmagnetiska fältet 4 S N B Inklinationsvinkel [8]
Jordmagnetiska fältet 4 B S N B B Inklinationsvinkel [8]
Jordmagnetiska fältet 4 S N Inklinationsvinkel S N B Inklinationsvinkel B S N [8] B B Inklinationsvinkel
5 Magnetfält runt strömledare Rak ledare Strömriktning
5 Magnetfält runt strömledare Rak ledare Sett från ovan: Strömriktning [11b]
6 Magnetfält runt strömledare Strömslinga Sett från ovan: En liten strömslinga fungerar som en mini-magnet : Strömriktning Jfr stavmagnet: [11b] [11b]
7 Magnetfält runt strömledare Spole Sett från ovan: Strömriktning [11b]
8 Magnetfält runt strömledare Spolar kan vara lindade på två olika sätt Strömriktning Strömriktning GRÖN RÖD [11b] [11b]
Magnetfält runt strömledare 9 Jämför fälten runt en strömförande spole och runt en permanentmagnet: [11b] [11b] En strömförande spole fungerar som en magnet! elektromagnet
Olika slags fält en översikt 10 Gravitationsfält Elektriska fält Magnetfält Källa: Materia med massa (M) Materia med laddning (Q) Strömförande ledare (I) (permanentmagneter) Påverkar: Materia med massa (m) Materia med laddning (q) Strömförande ledare (i) (permanentmagneter) Punktmassor: Punktladdningar: Raka ledare:
Orsaker till magnetism Elektronrörelse i atomer (banrörelse, spinn) ( atom-magneter ) magnetism 11
Orsaker till magnetism Elektronrörelse i atomer (banrörelse, spinn) magnetism ( atom-magneter ) 11 Ferromagneter (t.ex. Fe, Co, Ni, NdFeB) 1)
Orsaker till magnetism Elektronrörelse i atomer (banrörelse, spinn) magnetism ( atom-magneter ) 11 Ferromagneter (t.ex. Fe, Co, Ni, NdFeB) 1) 2) Magnetisera: Yttre fält Fält från alla atommagneter
Orsaker till magnetism Elektronrörelse i atomer (banrörelse, spinn) magnetism ( atom-magneter ) 11 Ferromagneter (t.ex. Fe, Co, Ni, NdFeB) 1) 2) Magnetisera: Yttre fält Vid magnetisering växer domänerna ihop: Fält från alla atommagneter [12]
Orsaker till magnetism Elektronrörelse i atomer (banrörelse, spinn) magnetism ( atom-magneter ) (Nd 2 Fe 14 B) [13] 11 Ferromagneter (t.ex. Fe, Co, Ni, NdFeB) 1) [14] 2) Magnetisera: Yttre fält Fält från alla atommagneter Vid magnetisering växer domänerna ihop: Korn (innehåller många domäner) [12] [15]
X
Kraftverkan mellan magneter 12 Permanentmagnet i genomskärning: Elektron- rörelse i atommagnet
Kraftverkan mellan magneter 12 Permanentmagnet i genomskärning: Elektron- rörelse i atommagnet Inuti magneten är nettoladdningstransporten noll. Längs ytan sker en nettotransport av negativ laddning moturs.
Kraftverkan mellan magneter 12 Permanentmagnet i genomskärning: Elektron- rörelse i atommagnet Inuti magneten är nettoladdningstransporten noll. Längs ytan sker en nettotransport av negativ laddning moturs. Då går det en elektrisk ström medurs längs ytan, precis som i en... ~Spole (!) [16] [11b]
Kraftverkan mellan magneter 12 Permanentmagnet i genomskärning: Elektron- rörelse i atommagnet Inuti magneten är nettoladdningstransporten noll. Längs ytan sker en nettotransport av negativ laddning moturs. Då går det en elektrisk ström medurs längs ytan, precis som i en... ~Spole (!) Kraftverkan mellan två magneter kan därför beskrivas på liknande sätt som kraftverkan mellan två spolar [16] [11b]
Kraftverkan mellan magneter 12 Permanentmagnet i genomskärning: Elektron- rörelse i atommagnet Inuti magneten är nettoladdningstransporten noll. Längs ytan sker en nettotransport av negativ laddning moturs. Då går det en elektrisk ström medurs längs ytan, precis som i en... ~Spole (!) Kraftverkan mellan två magneter kan därför beskrivas på liknande sätt som kraftverkan mellan två spolar [16] [11b]
Kraftverkan mellan magneter 12 Permanentmagnet i genomskärning: Elektron- rörelse i atommagnet Inuti magneten är nettoladdningstransporten noll. Längs ytan sker en nettotransport av negativ laddning moturs. Då går det en elektrisk ström medurs längs ytan, precis som i en... ~Spole (!) Kraftverkan mellan två magneter kan därför beskrivas på liknande sätt som kraftverkan mellan två spolar y x [16] [11b]
Kraftverkan mellan magneter 12 Permanentmagnet i genomskärning: Elektron- rörelse i atommagnet Inuti magneten är nettoladdningstransporten noll. Längs ytan sker en nettotransport av negativ laddning moturs. Då går det en elektrisk ström medurs längs ytan, precis som i en... ~Spole (!) Kraftverkan mellan två magneter kan därför beskrivas på liknande sätt som kraftverkan mellan två spolar B y x B [16] [11b]
Kraftverkan mellan magneter 12 Permanentmagnet i genomskärning: Elektron- rörelse i atommagnet Inuti magneten är nettoladdningstransporten noll. Längs ytan sker en nettotransport av negativ laddning moturs. Då går det en elektrisk ström medurs längs ytan, precis som i en... ~Spole (!) Kraftverkan mellan två magneter kan därför beskrivas på liknande sätt som kraftverkan mellan två spolar B y x B [16] [11b]
Kraftverkan mellan magneter 12 Permanentmagnet i genomskärning: Elektron- rörelse i atommagnet Inuti magneten är nettoladdningstransporten noll. Längs ytan sker en nettotransport av negativ laddning moturs. Då går det en elektrisk ström medurs längs ytan, precis som i en... ~Spole (!) Kraftverkan mellan två magneter kan därför beskrivas på liknande sätt som kraftverkan mellan två spolar B F y-komposanterna tar ut varandra, x-komposanterna y x B F ger resultant åt vänster. [16] [11b] Den högra spolen/magneten dras åt den vänstra!
Källor X [1] http://commons.wikimedia.org/wiki/file:mri-philips.jpg [2] http://commons.wikimedia.org/wiki/file:offener_magnetresonanztomograph.jpg [3] E. Berglund och B.-A. Jonsson, Medicinsk fysik (Studentlitteratur, 2007) [3b] Fysikaktuellt nr 2 2017 s. 22-25 http://www.fysikersamfundet.se/wp-content/uploads/fysikaktuellt_nr2-17.pdf [4] https://en.wikipedia.org/wiki/file:real-time_mri_-_thorax.ogv [5] http://de.wikipedia.org/wiki/magnetresonanztomographie [6] http://commons.wikimedia.org/wiki/file:mri_head_side.jpg [7] http://mrbarlow.wordpress.com/2011/08/19/ [7b] http://www.focal.com/sites/www.focal.fr/files/shared/catalog/produit/visuel/home-audio-enceintes-haute-fidelite-chorus-800-v-en [7c] https://en.wikipedia.org/wiki/loudspeaker [7d] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/audio/spk.html [8] http://en.wikipedia.org/wiki/file:geomagnetisme.svg [9] http://en.wikipedia.org/wiki/file:magnetosphere_rendition.jpg [10] http://en.wikipedia.org/wiki/file:magnetic_north_pole_positions.svg [11] http://en.wikipedia.org/wiki/earth's_magnetic_field [11b] https://commons.wikimedia.org/wiki/user:geek3/gallery [12] https://en.wikipedia.org/wiki/magnetic_domain [13] http://www.aps.anl.gov/~haskel/dani.html [14] https://en.wikipedia.org/wiki/neodymium_magnet [15] https://en.wikipedia.org/wiki/magnetic_domain [16] https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/magnet-and-compass