Ο μαγνητισμός γύρω μας - Εφαρμογές

Οραματίστηκε να χρησιμοποιήσει υπεραγώγιμους μαγνήτες για να κινήσει το βαγόνι ενός τρένου. Οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες είναι ηλεκτρομαγνήτες που ψύχονται σε ακραίες θερμοκρασίες κατά τη χρήση, γεγονός που αυξάνει δραματικά την ισχύ του μαγνητικού πεδίου. Το πρώτο σιδηροδρομικό υπεραγώγιμο τρένο Maglev εμπορικής λειτουργίας άνοιξε στη Σαγκάη το 2004, ενώ άλλα λειτουργούν στην Ιαπωνία και τη Νότια Κορέα. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, μια σειρά διαδρομών διερευνώνται για να συνδέσουν πόλεις όπως η Βαλτιμόρη και η Ουάσιγκτον. Στο Maglev, υπεραγώγιμοι μαγνήτες αναρτούν ένα βαγόνι τρένου πάνω από έναν συγκεκριμένο οδηγό σχήματος U. Όπως και οι συνηθισμένοι μαγνήτες, αυτοί οι μαγνήτες απωθούνται μεταξύ τους όταν όμοιοι πόλοι βρίσκονται ο ένας απέναντι στον άλλο. Ένα τρένο Maglev είναι απλώς ένα κουτί με μαγνήτες στις τέσσερις γωνίες », λέει ο Jesse Powell, γιος του εφευρέτη του Maglev, ο οποίος τώρα συνεργάζεται με τον πατέρα του. Είναι λίγο πιο περίπλοκο από αυτό, αλλά η ιδέα είναι απλή. Οι μαγνήτες που χρησιμοποιούνται είναι υπεραγώγιμοι, πράγμα που σημαίνει ότι όταν ψύχονται σε λιγότερο από 450 βαθμούς Φαρενάιτ κάτω από το μηδέν, μπορούν να δημιουργήσουν μαγνητικά πεδία έως και 10 φορές ισχυρότερα από τους συνηθισμένους ηλεκτρομαγνήτες, αρκετά για να αναστείλουν και να προωθήσουν ένα τρένο. Αυτά τα μαγνητικά πεδία αλληλεπιδρούν με απλούς μεταλλικούς βρόχους τοποθετημένους στα τσιμεντένια τοιχώματα του οδηγού Maglev. Οι βρόχοι είναι κατασκευασμένοι από αγώγιμα υλικά, όπως το αλουμίνιο, και όταν ένα μαγνητικό πεδίο περάσει, δημιουργεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα που παράγει ένα άλλο μαγνητικό πεδίο. Τρεις τύποι βρόχων τοποθετούνται στον οδηγό σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα για να εκτελέσουν τρεις σημαντικές εργασίες: ο ένας δημιουργεί ένα πεδίο που κάνει το τρένο να αιωρείται περίπου 5 ίντσες πάνω από τον οδηγό. Ο δεύτερος διατηρεί το τρένο σταθερό οριζόντια. Και οι δύο βρόχοι χρησιμοποιούν την μαγνητική άπωση για να διατηρήσουν το βαγόνι του τρένου στο βέλτιστο σημείο. όσο πιο μακριά πηγαίνει από το κέντρο του οδηγού ή όσο πιο κοντά στον κάτω μέρος, τόσο μεγαλύτερη μαγνητική αντίσταση το σπρώχνει πίσω στην διαδρομή. Το τρίτο σύνολο βρόχων είναι ένα σύστημα προώθησης που λειτουργεί με εναλλασσόμενο ρεύμα. Εδώ, τόσο η μαγνητική έλξη όσο και η άωση χρησιμοποιούνται για τη μετακίνηση της αμαξοστοιχίας κατά μήκος του οδηγού. Φανταστείτε το κουτί με τέσσερις μαγνήτες - ένα σε κάθε γωνία. Οι μπροστινές γωνίες έχουν μαγνήτες με βόρειους πόλους προς τα έξω και οι πίσω γωνίες έχουν μαγνήτες με νότιους πόλους προς τα έξω. Η ηλεκτροδότηση των βρόχων προώθησης δημιουργεί μαγνητικά πεδία που τραβούν το τρένο προς τα εμπρός από μπροστά και το ωθούν προς τα εμπρός από πίσω. Αυτός ο πλωτός σχεδιασμός μαγνητών δημιουργεί ένα ομαλό ταξίδι. Παρόλο που το τρένο μπορεί να ταξιδέψει έως και 375 μίλια την ώρα, ένας αναβάτης βιώνει λιγότερη αναταραχή από ό, τι στα παραδοσιακά τρένα, επειδή η μόνη πηγή τριβής είναι ο αέρας. Ένα άλλο μεγάλο όφελος είναι η ασφάλεια. Τα τρένα Maglev «οδηγούνται» από τον ηλεκτροκίνητο οδηγό. Επίσης, δύο τρένα που ταξιδεύουν στην ίδια διαδρομή δεν μπορούν να προλάβουν και να συγκρουστούν μεταξύ τους επειδή όλα τροφοδοτούνται για να κινούνται με την ίδια ταχύτητα. Ομοίως, οι παραδοσιακοί εκτροχιασμοί των τρένων που συμβαίνουν λόγω στροφών πολύ γρήγορα δεν μπορούν να συμβούν με τον Maglev. Όσο πιο μακριά πηγαίνει ένα τρένο Maglev από την κανονική του θέση μεταξύ των τοίχων του οδηγού, τόσο ισχυρότερη γίνεται η μαγνητική δύναμη που το σπρώχνει πίσω στη θέση του. Αυτό το βασικό χαρακτηριστικό είναι το πιο συναρπαστικό για τον Jesse Powell. «Με τον Μάγκλεφ, δεν υπάρχει οδηγός. Τα οχήματα πρέπει να κινούνται εκεί που τα στέλνει το δίκτυο. Αυτή είναι η βασική φυσική. Έτσι τώρα που έχουμε αλγόριθμους υπολογιστών για πολύ αποτελεσματική δρομολόγηση των πραγμάτων, θα μπορούσαμε να αλλάξουμε τον προγραμματισμό ολόκληρου του δικτύου εν κινήσει. Οδηγεί σε ένα πολύ πιο ευέλικτο σύστημα μεταφοράς στο μέλλον », είπε.

Το βασικό στοιχείο του παιχνιδιού είναι η μαγνητοφορητική οθόνη, γεμάτη με ένα παχύ, αδιαφανές λευκό υγρό που περιέχει μικροσκοπικά σκούρα μαγνητικά σωματίδια. Αυτά τα σωματίδια μπορούν να τραβηχτούν προς την επιφάνεια σχεδίασης με γραφίδα με μαγνήτη ή προαιρετικά σχήματα ή να αφαιρεθούν στην κρυμμένη πίσω πλευρά με συρόμενη γόμα. Το μεσαίο στρώμα χωρίζεται σε κηρήθρα κυττάρων, διατηρώντας το υγρό στατικό και τα σωματίδια είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα σε όλο το πλαίσιο. Το υγρό διαμορφώνεται έτσι ώστε τα αιωρούμενα σωματίδια να μπορούν να τραβηχτούν μέσα από αυτό λόγω της απόκριση των μαγνητικών δυνάμεων, αλλά όχι λόγω βαρύτητας.

Το παιχνίδι παρήχθη αρχικά ως "Magna Doodle" από την Tyco μέχρι το 1997, όταν αγοράστηκε η Tyco από τη Mattel. Στη συνέχεια, η Mattel πούλησε το παιχνίδι με το εμπορικό σήμα Fisher-Price. Η μάρκα πωλήθηκε αργότερα στην Ohio Art Company. Σήμερα, η μάρκα "Magna Doodle" ανήκει στην Cra-Z-Art. Η Fisher-Price δημιούργησε τη δική της εναλλακτική λύση που ονομάζεται Doodle Pro, ενώ η Ohio Art παρήγαγε το παρόμοιο Doodle Sketch μέχρι το 2016, όταν πούλησε τη μάρκα στο Spin Master. Το Doodle Pro είναι ακόμα διαθέσιμο στο Ηνωμένο Βασίλειο από την εταιρεία διανομής Megatel LTD.

Επειδή το Magna Doodle δεν χρησιμοποιεί μελάνι ή γραφίτη, οι εκπαιδευτές κατάδυσης το χρησιμοποιούν ως υποβρύχιο πίνακα όταν διδάσκουν μαθητές και δύτες που επιθυμούν να περάσουν σύντομες σημειώσεις. Το Magna Doodle δεν έχει σχεδιαστεί ειδικά για να λειτουργεί κάτω από το νερό και πολλά από τα εξαρτήματά του μπορεί να σκουριάσουν ή αλλιώς να αλλοιωθούν με την πάροδο του χρόνου.

Η πρώτη μεγάλη οικογένεια μαγνητικών ενεργοποιητών βασίζεται στις μαγνητικές δυνάμεις που δρουν σε απόσταση, τις δυνάμεις Laplace-Lorentz και τις δυνάμεις αντίστασης. Οι γραμμικοί τύποι προσφέρουν διαδρομές 1 έως 20 mm και είναι συμπληρωματικοί με τους πιεζοηλεκτρικούς ενεργοποιητές. Μπορούν να ταξινομηθούν σε 3 κατηγορίες:

Κινούμενος ενεργοποιητής πηνίου: Τοποθετημένος σε στατικό μαγνητικό πεδίο, ένα κινητό πηνίο που κινείται από ένα ρεύμα υποβάλλεται στη δύναμη Laplace-Lorentz. Αυτή η δύναμη είναι ανάλογη με το εφαρμοζόμενο ρεύμα. Έτσι, αυτοί οι ενεργοποιητές είναι ελεγχόμενοι. Δεδομένου ότι οι πρώτες εφαρμογές ήταν ηχεία, ονομάζονται επίσης ηχητικά πηνία. 
Κινητός ενεργοποιητής μαγνήτη: Τοποθετημένος μεταξύ δύο πόλων μαγνήτη, ένας κινητός μόνιμος μαγνήτης μπορεί να αλλάξει από τον ένα πόλο στον άλλο χρησιμοποιώντας πηνία. Τέτοιοι ενεργοποιητές μαγνητών είναι ημι-σταθεροί. Παρουσιάζουν υψηλές δυνάμεις αλλά δεν είναι τόσο ελεγχόμενες. 
Κινούμενος ενεργοποιητής σιδήρου:Ένα μαλακό μαγνητικό μέρος τοποθετημένο σε ένα σύστημα πηνίου κινείται φυσικά με τρόπο που ελαχιστοποιεί τη μαγνητική ενέργεια του συστήματος. Στους τυπικούς ηλεκτρομαγνήτες, αυτή η δύναμη  αντίστασης είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη του Laplace αλλά είναι μόνο ελκτική και δεν μπορεί να ελεγχθεί.

Η δεύτερη οικογένεια μαγνητικών ενεργοποιητών βασίζεται σε μαγνητικά ελεγχόμενα ενεργά υλικά. 

Μαγνητοστρωτικός ενεργοποιητής: Αυτοί οι ενεργοποιητές χρησιμοποιούν το μαγνητοστρωτικό αποτέλεσμα, το οποίο συνίσταται στην παραμόρφωση ενός μαγνητοστρωτικού υλικού όταν υποβάλλεται σε μαγνητική επίδραση. Για παράδειγμα, η μαγνητοσκοπητική παραμόρφωση του Terfenol-D επιτυγχάνει 1600ppm, καθιστώντας αυτό το ενεργό υλικό έναν σημνατικό ανταγωνιστή των πιεζοηλεκτρικών κεραμικών PZT για μετατροπείς υψηλής ισχύος ή ενεργοποιητές χαμηλής τάσης..
Magneto Rheological Fluid Actuator: Ένα Magneto Rheological Fluid (MRF) μπορεί να στερεοποιηθεί όταν υποβληθεί σε μαγνητικό πεδίο. Αυτό το εφέ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το σχεδιασμό διαφόρων ενεργοποιητών με βάση το MRF: βαλβίδες, φρένα, συμπλέκτες, ημιενεργούς αποσβεστήρες, έξυπνα υδροστατικά / υδροδυναμικά ρουλεμάν ...
Η τρίτη ευρεία οικογένεια μαγνητικών ενεργοποιητών είναι οι ηλεκτροκινητήρες που ονομάζονται επίσης ηλεκτρικές περιστρεφόμενες μηχανές.

Οι τεχνικές που χρησιμοποιούν διαμαγνητικά υλικά είναι σχετικά ανεπτυγμένες και εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τα χαρακτηριστικά του υλικού. Ως αποτέλεσμα, τα περισσότερα μαγνητικά ρουλεμάν είναι ενεργά μαγνητικά ρουλεμάν, χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνήτες που απαιτούν συνεχή εισαγωγή ισχύος και ενεργό σύστημα ελέγχου για να διατηρείται σταθερό το φορτίο. Σε συνδυασμένο σχεδιασμό, μόνιμοι μαγνήτες χρησιμοποιούνται συχνά για να μεταφέρουν το στατικό φορτίο και το ενεργό μαγνητικό ρουλεμάν χρησιμοποιείται όταν το αιωρούμενο αντικείμενο που εκτοπίζεται αποκλίνει από τη βέλτιστη θέση του. Τα μαγνητικά ρουλεμάν συνήθως απαιτούν εφεδρικό ρουλεμάν σε περίπτωση βλάβης του συστήματος τροφοδοσίας ή ελέγχου. Τα μαγνητικά ρουλεμάν χρησιμοποιούνται σε διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές όπως η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η βελτίωση πετρελαίου, η λειτουργία εργαλειομηχανών και ο χειρισμός φυσικού αερίου. Χρησιμοποιούνται επίσης στη φυγοκέντρηση τύπου Zippe, για εμπλουτισμό ουρανίου και σε στροβιλομοριακές αντλίες, όπου τα ρουλεμάν που έχουν λιπανθεί με λάδι θα αποτελούσαν πηγή μόλυνσης. Ένα ενεργό μαγνητικό ρουλεμάν λειτουργεί με την αρχή της ηλεκτρομαγνητικής ανάρτησης με βάση την επαγωγή στροβιλικών ρευμάτων σε έναν περιστρεφόμενο αγωγό. Όταν ένα ηλεκτρικά αγώγιμο υλικό κινείται σε μαγνητικό πεδίο, θα δημιουργηθεί ρεύμα στο υλικό που αντισταθμίζει την αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο (γνωστός ως νόμος του Lenz). Αυτό δημιουργεί ένα ρεύμα που θα έχει ως αποτέλεσμα ένα μαγνητικό πεδίο που είναι προσανατολισμένο αντίθετα από αυτό του μαγνήτη. Το ηλεκτρικά αγώγιμο υλικό λειτουργεί ως μαγνητικός καθρέφτης. Το υλικό αποτελείται από ένα συγκρότημα ηλεκτρομαγνητών, ένα σύνολο ενισχυτών ισχύος που παρέχουν ρεύμα στους ηλεκτρομαγνήτες, έναν ελεγκτή και αισθητήρες διακένου με τα σχετικά ηλεκτρονικά για να παρέχουν την ανατροφοδότηση που απαιτείται για τον έλεγχο της θέσης του ρότορα εντός του κενού. Ο ενισχυτής ισχύος παρέχει ίσο ρεύμα πόλωσης σε δύο ζεύγη ηλεκτρομαγνητών στις αντίθετες πλευρές ενός ρότορα. Αυτή η συνεχής διελκυστίνδα διαμεσολαβείται από τον ελεγκτή, ο οποίος αντισταθμίζει το ρεύμα πόλωσης με ίσες και αντίθετες διαταραχές του ρεύματος καθώς ο ρότορας αποκλίνει από την κεντρική του θέση. Οι αισθητήρες διάκενου είναι συνήθως επαγωγικής φύσης και νοούνται σε διαφορική λειτουργία. Οι ενισχυτές ισχύος σε μια σύγχρονη εμπορική εφαρμογή είναι συσκευές στερεάς κατάστασης που λειτουργούν σε διαμόρφωση  πλάτους παλμού. Ο ελεγκτής είναι συνήθως μικροεπεξεργαστής ή ψηφιακός επεξεργαστής σήματος. Δύο τύποι αστάθειας υπάρχουν τυπικά στα μαγνητικά ρουλεμάν. Οι ελκτικοί μαγνήτες παράγουν μια ασταθή στατική δύναμη που μειώνεται με την αύξηση της απόστασης και αυξάνεται σε μικρότερες αποστάσεις. Αυτό μπορεί να προκαλέσει ανισορροπία στο ρουλεμάν. Δευτερον, επειδή ο μαγνητισμός είναι συντηρητική δύναμη, παρέχει μικρή απόσβεση. Οι ταλαντώσεις μπορεί να προκαλέσουν απώλεια επιτυχούς ανάρτησης εάν υπάρχουν κινητήριες δυνάμεις.

Αυτή την ανακάλυψη πιθανότατα ακολούθησε γρήγορα μια δεύτερη, ότι μια βελόνα από σίδηρο ή χάλυβα που έρχεται σε σπαφή μ' ένα lodestone  για αρκετή ώρα τείνει επίσης, να ευθυγραμμιστεί σε κατεύθυνση βορρά-νότου. Από τη γνώση του ποιος δρόμος είναι βόρεια, φυσικά, μπορεί να βρεθεί οποιαδήποτε άλλη κατεύθυνση. Ο λόγος που οι μαγνητικές πυξίδες λειτουργούν όπως αυτές είναι ότι η ίδια η Γη λειτουργεί ως ένας τεράστιος μαγνήτης ράβδων με πεδίο βορρά-νότου που προκαλεί στους ελεύθερους κινούμενους μαγνήτες τον ίδιο προσανατολισμό. Η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου της Γης δεν είναι αρκετά παράλληλη με τον άξονα βορρά-νότου του πλανήτη, αλλά είναι αρκετά κοντά για να κάνει μια μη διορθωμένη πυξίδα έναν αρκετά καλό οδηγό. Η ανακρίβεια, γνωστή ως παραλλαγή (ή απόκλιση), ποικίλλει σε μέγεθος από σημείο σε σημείο της Γης. Η εκτροπή μιας βελόνας πυξίδας λόγω τοπικών μαγνητικών επιδράσεων ονομάζεται απόκλιση. Κατά τη διάρκεια των αιώνων έχουν γίνει πολλές τεχνικές βελτιώσεις στη μαγνητική πυξίδα. Σε πολλά από αυτά πρωτοστάτησαν οι Άγγλοι, των οποίων η μεγάλη αυτοκρατορία διατηρήθηκε μαζί από τη ναυτική δύναμη και οι οποίοι στηρίχθηκαν σε μεγάλο βαθμό σε συσκευές πλοήγησης. Μέχρι τον 13ο αιώνα η βελόνα της πυξίδας είχε τοποθετηθεί σε μια καρφίτσα που στεκόταν στο κάτω μέρος της λεκάνης της πυξίδας. Στην αρχή σημειώθηκαν στη λεκάνη μόνο ο Βορράς και ο Νότος, αλλά στη συνέχεια συμπληρώθηκαν τα άλλα 30 κύρια σημεία κατεύθυνσης. Μια κάρτα με τα σημεία ζωγραφισμένα πάνω της τοποθετήθηκε ακριβώς κάτω από τη βελόνα, επιτρέποντας στους πλοηγούς να διαβάζουν την κατεύθυνσή τους από την κορυφή της κάρτας. Το ίδιο το μπολ ήταν στη συνέχεια κρεμασμένο σε gimbals (δαχτυλίδια στο πλάι που το αφήνουν να κουνιέται ελεύθερα), διασφαλίζοντας ότι η κάρτα θα είναι πάντα επίπεδη. Τον 17ο αιώνα η ίδια η βελόνα πήρε τη μορφή παραλληλόγραμμου, που ήταν πιο εύκολο να τοποθετηθεί από μια λεπτή βελόνα. Κατά τον 15ο αιώνα, οι ναυτικοί άρχισαν να καταλαβαίνουν ότι οι βελόνες πυξίδας δεν δείχνουν απευθείας στον Βόρειο Πόλο αλλά μάλλον σε κάποιο κοντινό σημείο. Στην Ευρώπη, οι βελόνες πυξίδας έδειχναν ελαφρώς ανατολικά του πραγματικού βορρά. Για να αντισταθμίσουν αυτήν τη δυσκολία, οι Βρετανοί ναυτικοί υιοθέτησαν συμβατικές μεσογειακές πυξίδες, στις οποίες ο βορράς στην κάρτα πυξίδας και ο «βόρεια βελόνας» ήταν ίδιοι όταν το πλοίο περνούσε από ένα σημείο στην Κορνουάλη της Αγγλίας. (Οι μαγνητικοί πόλοι, ωστόσο, περιπλανιούνται με έναν προβλέψιμο τρόπο - στους πιο πρόσφατους αιώνες, οι Ευρωπαίοι βρήκαν ότι ο μαγνητικός βορράς είναι δυτικός του πραγματικού βορρά - και αυτό πρέπει να ληφθεί υπόψη για την πλοήγηση).

Ανταλλαγή θερμοκρασίας

Έχουν χρησιμοποιηθεί διάφορες τεχνικές για την αύξηση αυτής της ανταλλαγής, συμπεριλαμβανομένης της ενεργού μαγνητικής αναγεννητικής ψύξης (AMRR). Η αρχή αυτού του κύκλου χρησιμοποιεί ένα ρευστό μεταφοράς θερμότητας-σε επαφή με τα μαγνητοθερμικά υλικά (MMC)-που ρέει από την ψυχρή πλευρά στη θερμή πλευρά όταν το MMC θερμαίνεται (μαγνητίζεται) και από τη θερμή πλευρά στην ψυχρή πλευρά όταν το MMC ψύχεται (απομαγνητίζεται). Αυτό αυξάνει προοδευτικά τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της ψυχρής και της θερμής πηγής σε περίπου 20K, καθιστώντας το σύστημα δυνητικά κατάλληλο για εμπορικές εφαρμογές.

Υπάρχουν διάφορες πιθανές εφαρμογές. Οι αρχικές εξελίξεις προσανατολίστηκαν προς τις εμπορικές και εγχώριες αγορές ψύξης και περιλαμβάνουν βιτρίνες, ψυγεία ποτών και εμπορικά ή οικιακά ψυγεία.

Ωστόσο, η μαγνητική ψύξη μπορεί επίσης να προσαρμοστεί σε άλλες εφαρμογές ψύξης, όπως ο κλιματισμός (συμπεριλαμβανομένων των αυτοκινήτων), η κρυογονική ή σε συστήματα θέρμανσης - για παράδειγμα, αντλίες θερμότητας.

Η ζήτηση είναι πιθανό να οφείλεται σε περιβαλλοντικούς κανονισμούς, επειδή η μαγνητική θέρμανση ή ψύξη δεν χρησιμοποιεί ψυκτικό, αλλά, αντίθετα, ένα υγρό θέρμανσης ή ψύξης, το οποίο θα μπορούσε να είναι με βάση το νερό. Ως αποτέλεσμα, δεν υπάρχει πιθανότητα διαρροής ψυκτικού αερίου και καμία άμεση  εκπομπή CO₂ , οπότε συμμορφώνεται πλήρως με όλους τους κανονισμούς, συμπεριλαμβανομένων των κανονισμών F-Gas στην Ευρώπη και των κανονισμών του Οργανισμού Προστασίας Περιβάλλοντος στις ΗΠΑ.

Επιπλέον, η συχνότητα του μαγνητοθερμικού κύκλου είναι συνήθως μεταξύ 1Hz και 3Hz, επομένως η ταχύτητα περιστροφής του μηχανήματος είναι αργή και, ως εκ τούτου, πολύ αθόρυβη σε σύγκριση με τα παραδοσιακά συστήματα συμπίεσης. Σύμφωνα με πρόσφατη έρευνα, το MCE προβλέπεται να έχει σημαντικά υψηλότερη απόδοση (συντελεστή απόδοσης) από τις τρέχουσες συμβατικές μεθόδους, με δυνατότητα εξοικονόμησης ενέργειας 30%.

Παρόλο που ορισμένα προϊόντα έχουν έρθει στην αγορά, εξακολουθούν να υπάρχουν προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν πριν από την ανάπτυξη μεγάλης κλίμακας της τεχνολογίας. Το κύριο ζήτημα είναι η προμήθεια μαγνητοθερμικών υλικών, τα οποία είναι λιγοστά. Η μείωση του περιεχομένου υλικού ή ο εντοπισμός νέων υλικών θα αυξήσει τη βιωσιμότητα.

Σύμφωνα με τους μηχανικούς μαγνητικής ψύξης Cooltech Applications, η διαδικασία κατασκευής δεν έχει βελτιστοποιηθεί ακόμη και το κόστος παραγωγής είναι ακόμα υψηλό. Οι βελτιστοποιήσεις διεπαφών (για παράδειγμα, εναλλακτήρες θερμότητας) μεταξύ των συσκευών και του εξοπλισμού που πρόκειται να ψυχθεί πρέπει επίσης να τροποποιηθούν για μέγιστη απόδοση. Τέλος, πρέπει να γίνει ανάπτυξη πρωτοτύπων για διάφορες συγκεκριμένες εφαρμογές.

Αν και έχει αναπτυχθεί η ακαδημαϊκή εργασία από επιστήμονες και μηχανικούς σε πανεπιστήμια και ερευνητικά ιδρύματα παγκοσμίως, η τρέχουσα ανάπτυξη της αγοράς δεν είναι πλήρως ώριμη. Ορισμένες από τις εταιρείες που ξεπερνούν τα όρια αυτής της τεχνολογίας περιλαμβάνουν τις Cooltech Applications και την Nextpac, η οποία εργάζεται σε εφαρμογές αντλιών θερμότητας.

Το 2015, η Cooltech Applications είπε ότι είχε παράγει ένα προϊόν 150-700W ως μέρος ενός συστήματος ψύξης και οι πρώτες δοκιμές θα πραγματοποιηθούν φέτος σε ιστότοπους τελικών χρηστών, όπως τα σούπερ μάρκετ.

Πώς λειτουργεί η μαγνητική τομογραφία;

Οι μαγνητικοί τομογράφοι χρησιμοποιούν ισχυρούς μαγνήτες που παράγουν ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο που αναγκάζει τα πρωτόνια στο σώμα να ευθυγραμμιστούν με αυτό το πεδίο. Όταν ένα ρεύμα ραδιοσυχνότητας, στη συνέχεια, πάλλεται μέσω του ασθενούς, τα πρωτόνια διεγείρονται και περιστρέφονται εκτός ισορροπίας, τείνοντας ενάντια στην έλξη του μαγνητικού πεδίου. Όταν το πεδίο ραδιοσυχνοτήτων είναι απενεργοποιημένο, οι αισθητήρες μαγνητικής τομογραφίας είναι σε θέση να ανιχνεύσουν την ενέργεια που απελευθερώνεται καθώς τα πρωτόνια ευθυγραμμίζονται με το μαγνητικό πεδίο. Ο χρόνος που απαιτείται για την επανευθυγράμμιση των πρωτονίων με το μαγνητικό πεδίο, καθώς και η ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται, αλλάζει ανάλογα με το περιβάλλον και τη χημική φύση των μορίων. Οι γιατροί είναι σε θέση να πουν τη διαφορά μεταξύ διαφόρων τύπων ιστών με βάση αυτές τις μαγνητικές ιδιότητες.

 Πώς λειτουργούν οι ακτίνες Χ;
Για να λάβει μια εικόνα μαγνητικής τομογραφίας, ένας ασθενής τοποθετείται μέσα σε ένα μεγάλο μαγνήτη και πρέπει να παραμείνει εντελώς ακίνητος κατά τη διάρκεια της διαδικασίας απεικόνισης για να μην θολώσει την εικόνα. Οι παράγοντες αντίθεσης (συχνά περιέχουν το στοιχείο γαδολίνιο) μπορούν να χορηγηθούν σε έναν ασθενή ενδοφλεβίως πριν ή κατά τη διάρκεια της μαγνητικής τομογραφίας για να αυξηθεί η ταχύτητα με την οποία τα πρωτόνια ευθυγραμμίζονται με το μαγνητικό πεδίο. Όσο πιο γρήγορα ευθυγραμμίζονται τα πρωτόνια, τόσο πιο φωτεινή είναι η εικόνα.

Σε ποιες περιπτώσεις χρησιμοποιείται η μαγνητική τομογραφία;
Οι σαρωτές μαγνητικής τομογραφίας είναι ιδιαίτερα κατάλληλοι για την απεικόνιση των μη οστικών τμημάτων ή των μαλακών ιστών του σώματος. Διαφέρουν από την αξονική τομογραφία (CT), στο ότι δεν χρησιμοποιούν την επιβλαβή ιοντίζουσα ακτινοβολία των ακτίνων Χ. Ο εγκέφαλος, ο νωτιαίος μυελός και τα νεύρα, καθώς και οι μύες, οι σύνδεσμοι και οι τένοντες φαίνονται πολύ πιο καθαρά με μαγνητική τομογραφία παρά με τακτικές ακτινογραφίες και αξονική τομογραφία. για το λόγο αυτό η μαγνητική τομογραφία χρησιμοποιείται συχνά για την απεικόνιση τραυματισμών στο γόνατο και τον ώμο.

Στον εγκέφαλο, η μαγνητική τομογραφία μπορεί να κάνει διάκριση μεταξύ λευκής και γκρίζας ύλης και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη διάγνωση ανευρυσμάτων και όγκων. Επειδή η μαγνητική τομογραφία δεν χρησιμοποιεί ακτίνες Χ ή άλλη ακτινοβολία, είναι ο τρόπος απεικόνισης της επιλογής όταν απαιτείται συχνή απεικόνιση για διάγνωση ή θεραπεία, ειδικά στον εγκέφαλο. Ωστόσο, η μαγνητική τομογραφία είναι ακριβότερη από την ακτινογραφία ή την αξονική τομογραφία.

Ένα είδος εξειδικευμένης μαγνητικής τομογραφίας είναι η λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI.) Αυτή χρησιμοποιείται για την παρατήρηση των δομών του εγκεφάλου και για τον προσδιορισμό των περιοχών του εγκεφάλου που «ενεργοποιούνται» (καταναλώνουν περισσότερο οξυγόνο) κατά τη διάρκεια διαφόρων διαγνωστικών εργασιών. Χρησιμοποιείται για να προωθήσει την κατανόηση της οργάνωσης του εγκεφάλου και προσφέρει ένα πιθανό νέο πρότυπο για την αξιολόγηση της νευρολογικής κατάστασης και του νευροχειρουργικού κινδύνου.

Υπάρχουν κίνδυνοι;
Αν και η μαγνητική τομογραφία δεν εκπέμπει την ιονίζουσα ακτινοβολία που βρίσκεται στην ακτινογραφία και την αξονική τομογραφία, χρησιμοποιεί ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο εκτείνεται πέρα ​​από το μηχάνημα και ασκεί πολύ ισχυρές δυνάμεις σε αντικείμενα από σίδηρο, μερικούς χάλυβες και άλλα αντικείμενα που μπορούν να μαγνητιστούν. Είναι αρκετά δυνατό για να πετάξει μια αναπηρική καρέκλα στο δωμάτιο. Οι ασθενείς θα πρέπει να ειδοποιούν τους γιατρούς τους για οποιαδήποτε μορφή εμφυτεύματος πριν από μια μαγνητική τομογραφία.

Όταν κάνετε μαγνητική τομογραφία, πρέπει να ληφθούν υπόψη τα ακόλουθα:

Άτομα με εμφυτεύματα, ιδιαίτερα εκείνα που περιέχουν σίδηρο ,- βηματοδότες, διεγερτικά του νεύρου του κόλπου, εμφυτεύσιμους απινιδωτές καρδιοκινητήρων, βρόχους, αντλίες ινσουλίνης, κοχλιακά εμφυτεύματα, βαθιά διεγερτικά εγκεφάλου και κάψουλες από ενδοσκόπηση κάψουλας δεν πρέπει να εισέρχονται σε μηχανή μαγνητικής τομογραφίας.
Θόρυβος  

Ο δυνατός θόρυβος που συνήθως αναφέρεται ως κλικ και μπιπ, καθώς και ένταση ήχου έως 120 ντεσιμπέλ σε ορισμένους σαρωτές μαγνητικής τομογραφίας, μπορεί να απαιτούν ειδική προστασία αυτιών.

Νευρική διέγερση - μια αίσθηση συσπάσεων προκύπτει μερικές φορές από τα γρήγορα μεταβαλλόμενα πεδία της μαγνητικής τομογραφίας.

Αντίθετα-οι ασθενείς με σοβαρή νεφρική ανεπάρκεια που χρειάζονται αιμοκάθαρση μπορεί να διακινδυνεύσουν μια σπάνια αλλά σοβαρή ασθένεια που ονομάζεται νεφρογενής συστηματική ίνωση και μπορεί να σχετίζεται με τη χρήση ορισμένων παραγόντων που περιέχουν gadolinium, όπως η gadodiamide και άλλοι. Παρόλο που δεν έχει τεκμηριωθεί η συγκεκριμένη αιτία, οι τρέχουσες κατευθυντήριες γραμμές στις Ηνωμένες Πολιτείες συνιστούν στους ασθενείς που υποβάλλονται σε αιμοκάθαρση να λαμβάνουν παράγοντεςgadolinium μόνο όταν είναι απαραίτητοι και ότι η αιμοκάθαρση πρέπει να πραγματοποιείται το συντομότερο δυνατό μετά τη σάρωση για την άμεση απομάκρυνση του παράγοντα από το σώμα.

Εγκυμοσύνη - ενώ δεν έχει αποδειχθεί καμία επίδραση στο έμβρυο, συνιστάται να αποφεύγεται η μαγνητική τομογραφία προληπτικά, ειδικά στο πρώτο τρίμηνο της εγκυμοσύνης, όταν σχηματίζονται τα όργανα του εμβρύου και τα σκιαγραφικά, εάν χρησιμοποιοηθούν, μπορούν να εισέλθουν στην κυκλοφορία του εμβρύου στο αίμα.

Κλειστοφοβία- άτομα με έστω και ήπια κλειστοφοβία μπορεί να δυσκολεύονται να ανεχθούν μακρούς χρόνους σάρωσης μέσα στο μηχάνημα. Η εξοικείωση με τη μηχανή και τη διαδικασία, καθώς και οι τεχνικές απεικόνισης, η καταστολή και η αναισθησία παρέχουν στους ασθενείς μηχανισμούς για να ξεπεράσουν τη δυσφορία τους. Οι πρόσθετοι μηχανισμοί αντιμετώπισης περιλαμβάνουν ακρόαση μουσικής ή παρακολούθηση βίντεο ή ταινίας, κλείσιμο ή κάλυψη των ματιών και κράτημα ενός κουμπιού πανικού. Η ανοικτή μαγνητική τομογραφία είναι ένα μηχάνημα που είναι ανοιχτό στα πλάγια και όχι ένας σωλήνας κλεισμένος στο ένα άκρο, οπότε δεν περιβάλλει πλήρως τον ασθενή. Αναπτύχθηκε για να ικανοποιήσει τις ανάγκες ασθενών που δεν αισθάνονται άνετα με τη στενή σήραγγα και τους θορύβους της παραδοσιακής μαγνητικής τομογραφίας και για ασθενείς των οποίων το μέγεθος ή το βάρος καθιστούν την παραδοσιακή μαγνητική τομογραφία μη πρακτική. Η νεότερη ανοιχτή τεχνολογία μαγνητικής τομογραφίας παρέχει εικόνες υψηλής ποιότητας για πολλούς αλλά όχι για όλους τους τύπους εξετάσεων.

Εισαγωγή
Τα συστήματα υπολογιστών πρέπει να αποθηκεύουν δεδομένα σε ψηφιακή μορφή. Ένας από τους πιο διαδεδομένους τύπους αποθήκευσης ψηφιακών δεδομένων είναι η μαγνητική αποθήκευση. Αυτό αναφέρεται σε κάθε τύπο αποθήκευσης δεδομένων χρησιμοποιώντας μαγνητισμένο μέσο. Τα ψηφιακά δεδομένα αποτελούνται από δυαδικές πληροφορίες, οι οποίες είναι δεδομένα με τη μορφή μηδέν και ένα. Υπάρχουν δύο τύποι πολικότητας των μαγνητών και ο καθένας χρησιμοποιείται για να αντιπροσωπεύει είτε το μηδέν είτε το ένα.

Διάφοροι τύποι μαγνητισμένων μέσων χρησιμοποιούνται σε συστήματα υπολογιστών, όπως μαγνητική ταινία, δισκέτες και μονάδες σκληρού δίσκου. Η βασική προσέγγιση για την αποθήκευση μαγνητικών δεδομένων, ωστόσο, είναι πολύ παρόμοια για τους διαφορετικούς τύπους μέσων. Μια κεφαλή ανάγνωσης -εγγραφής κινείται πολύ κοντά στη μαγνητική επιφάνεια - η απόσταση συχνά δεν υπερβαίνει τα δεκάδες νανόμετρα. Η κεφαλή είναι σε θέση να ανιχνεύσει και να τροποποιήσει τη μαγνήτιση του υλικού. Η μαγνητική επιφάνεια χωρίζεται σε πολύ μικρές περιοχές, καθεμία από τις οποίες έχει ως επί το πλείστον ομοιόμορφη μαγνήτιση. Καθώς η κεφαλή κινείται σε σχέση με την επιφάνεια, οι αλλαγές στη μαγνήτιση από περιοχή σε περιοχή ανιχνεύονται και καταγράφονται ως μηδενικές και μονάδες. Διαφορετικές τεχνολογίες διαφέρουν ως προς το πώς κινείται η κεφαλή σε σχέση με την επιφάνεια των μέσων ενημέρωσης και πώς οργανώνονται οι περιοχές στα μέσα, αλλά η βασική αρχή είναι η ίδια.

Η μαγνητική αποθήκευση είναι μια μορφή μη πτητικής αποθήκευσης. Αυτό σημαίνει ότι τα δεδομένα δεν χάνονται όταν η συσκευή αποθήκευσης δεν τροφοδοτείται. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με την πτητική αποθήκευση, η οποία συνήθως χρησιμοποιείται για την κύρια μνήμη ενός συστήματος υπολογιστή. Η πτητική αποθήκευση απαιτεί σταθερή τροφοδοσία ρεύματος - όταν ένα σύστημα υπολογιστή είναι απενεργοποιημένο, τα δεδομένα χάνονται.

Η μαγνητική αποθήκευση χρησιμοποιείται ευρέως επειδή είναι σχετικά φθηνή σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες αποθήκευσης. Η μαγνητική αποθήκευση είναι ανάγνωση-εγγραφή, γεγονός που καθιστά δυνατή την επαναχρησιμοποίηση της χωρητικότητας αποθήκευσης ξανά και ξανά διαγράφοντας παλαιότερα δεδομένα. Η χωρητικότητα αποθήκευσης είναι επίσης πολύ μεγάλη, καθιστώντας την ελκυστική για την αποθήκευση πολύ μεγάλου όγκου δεδομένων. Ο κύριος περιορισμός της μαγνητικής αποθήκευσης είναι ότι η πρόσβαση στα δεδομένα μπορεί να είναι αρκετά αργή. Ως αποτέλεσμα, τα περισσότερα συστήματα υπολογιστών χρησιμοποιούν μαγνητική αποθήκευση για μη πτητική αποθήκευση μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων (συνήθως σε μορφή μονάδας σκληρού δίσκου) αλλά διαφορετικό τύπο αποθήκευσης για τη μνήμη του συστήματος, όπως μνήμη μόνο για ανάγνωση (RAM) ), το οποίο είναι πολύ μικρότερο, αλλά μπορεί να έχει πρόσβαση πολύ πιο γρήγορα.

Τύποι μαγνητικών συσκευών αποθήκευσης
Η μαγνητική ταινία είναι ένας από τους παλαιότερους τύπους μαγνητικών μέσων αποθήκευσης. Το μαγνητικό μαγνητόφωνο εφευρέθηκε το 1928 και χρησιμοποιήθηκε κυρίως για αναλογικές ηχογραφήσεις. Πριν από την εισαγωγή CD μουσικής στη δεκαετία του 1980, οι φορητές συσκευές μουσικής χρησιμοποιούσαν μαγνητική ταινία με τη μορφή μουσικών κασετών. Οι πρώτοι υπολογιστές προσάρμοσαν αυτήν την τεχνολογία για την αποθήκευση ψηφιακών πληροφοριών. Μία από τις σημαντικότερες αδυναμίες είναι ότι η πρόσβαση σε πληροφορίες σε μια κασέτα μπορεί να γίνει μόνο με πολύ διαδοχικό τρόπο. Αυτό είναι καλό αν θέλετε να ακούσετε ένα ολόκληρο μουσικό άλμπουμ με τη σειρά, αλλά τα συστήματα υπολογιστών συνήθως χρειάζονται πρόσβαση στα δεδομένα με μη διαδοχικό τρόπο. Για μαγνητική ταινία, αυτό σημαίνει ότι μπορεί να χρειαστεί να προχωρήσετε γρήγορα μπροστά σε μία μεγάλη ταινία για να φτάσετε σε ένα συγκεκριμένο κομμάτι δεδομένων. Ενώ η μαγνητική ταινία είναι ένας πολύ φθηνός τρόπος αποθήκευσης δεδομένων, η πολύ αργή πρόσβαση στα δεδομένα σήμαινε ότι χρησιμοποιήθηκε κυρίως για τη δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας δεδομένων σε περίπτωση αποτυχίας παλαιότερων μορφών αποθήκευσης. Τα συστήματα δημιουργίας εφεδρικών ταινιών εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σήμερα, αλλά η σημασία τους έχει μειωθεί σημαντικά με την πρόοδο των φθηνών μονάδων σκληρού δίσκου μεγάλης χωρητικότητας.

Μετρώντας την περίοδο της ταλάντωσης του μαγνήτη στο μαγνητικό πεδίο της Γης (ή μαγνητόσφαιρα), ο Gauss μπόρεσε να μετρήσει την ισχύ αυτού του πεδίου. Το όνομα του Gauss, παρεμπιπτόντως, θα εφαρμοστεί αργότερα στον όρο για μια μονάδα μαγνητικής δύναμης. Τα gauss, ωστόσο, τα τελευταία χρόνια έχουν αντικατασταθεί σε μεγάλο βαθμό από το tesla, που πήρε το όνομά του από τον Nikola Tesla (1856-1943), το οποίο είναι ίσο με ένα newton/ampere (1 N/A · m) ή 10⁴ (10.000) gauss. Όσον αφορά τα μαγνητόμετρα που χρησιμοποιούνται στην αστρονομική έρευνα, ίσως τα πιο σημαντικά - και σίγουρα ένα από τα πιο μακρινά - είναι στο Galileo, ένα σκάφος που ξεκίνησε από την Εθνική Υπηρεσία Αεροναυτικής και Διαστήματος των ΗΠΑ (NASA) προς τον Δία στις 15 Οκτωβρίου 1989. Μεταξύ άλλων οργάνων που υπάρχουν στο Galileo, το οποίο βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τον μεγαλύτερο πλανήτη του ηλιακού συστήματος από το 1995, είναι ένα μαγνητόμετρο για τη μέτρηση της μαγνητόσφαιρας του Δία και των γύρω αστεροειδών και φεγγαριών.

Κατά το σχεδιασμό φερριτών υλικών, συνήθως ψάχνουμε για χαμηλή ή σχεδόν μηδενική μαγνητοσυστολή, επειδή αυτό οδηγεί σε υψηλή διαπερατότητα και χαμηλές απώλειες. Ωστόσο, υπάρχουν περιπτώσεις όπου μπορούμε να επωφεληθούμε από τη μαγνητοσυστολή. Μια τέτοια περίπτωση συμβαίνει όταν χρειάζεται οι μετρατροπείς να μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια ταλάντωσης ή ακουστική κίνηση. Όταν μαγνητική ενέργεια μετατρέπεται, αυτές οι συσκευές ονομάζονται μαγνητοσυστολικές ή μαγνητομηχανικές συσκευές. Ορισμένες εφαρμογές τους είναι οι υπερηχητικές διατάξεις καθαρισμού, κατεργασίας, γραμμές καθυστέρησης σήματος, και συσκευές για την παραγωγή και την ανίχνευση υποβρύχιων ήχων (σόναρ) για την υποβρυχίων, ψαριών κ.λπ.
Η υψηλή μαγνητοσυστολή είναι μια απαραίτητη συνθήκη  για το υλικό. Επιπλέον θα πρέπει επίσης να διαθέτει υψηλή αντίσταση, υψηλό σημείο Curie και υψηλό μαγνητομηχανικό συντελεστή σύζευξης. Το τελευταίο αναφέρεται στη σύζευξη μεταξύ τoυ μηχανικού συντονισμού του κατασκευαστικού στοιχείου (που σχετίζεται με τις διαστάσεις) και του ηλεκτρικού συντονισμού. Ο συντελεστής ποιότητας για κάθε ένα από τους δύο συντονισμούς δίνεται από τον παράγοντα Q του συστήματος. Και οι δύο θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν υψηλότεροι.
Τα κράματα κοβαλτίου και τα οξείδια εμφανίζουν υψηλές μαγνητοσυστολές αλλά απαιτούν υψηλή ισχύ για να έλθουν σε κατάσταση κόρου. Το νικέλιο και τα κράματα του χρησιμοποιούνται συχνά επειδή έχουν χαμηλότερες απαιτήσεις ισχύος. Οι φερρίτες είναι πολύ χρήσιμοι σε υψηλές συχνότητες (πάνω από MHz), αλλά η ευθραυστότητά τους είναι ένα πρόβλημα στις μηχανικές εφαρμογές. Εξαρτήσεις όπως από της διαπερατότητας από τη θερμοκρασία είναι σημαντικές, καθώς αυτές οι συσκευές μπορεί να λετουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες. Ορισμένοι φερρίτες είναι πολύ σταθεροί από αυτή την άποψη.