Categories
Podcasts Stiinta Tehnologie

F@TC 029 – Ce este RMN-ul ( rezonanța magnetică nucleară)

Ce este RMN-ul? De la ce vine termenul de rezonanță magnetică nucleară? Se foloseșțe RMN-ul numai în medicină? Cum ne ajută la imagistica problemelor de sănătate?

Despre rezonanta magnetică nucleară ne povestește Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

RMN-ul, rezonanța magnetică nucleară, se bazează pe faptul că nucleonii, particulele constituente ale nucleului atomic, protoni și neutroni, au moment magnetic de spin. Nucleonii pot fi considerați mici magneți pentru faptul că sunt constituiți din subparticule, quarci, care au sarcină electrică și care se rotesc în interiorul acestora.

Dacă un atom are un număr par de nucleoni, atunci nucleul nu are un moment magnetic rezultant. Acest lucru se petrece pentru faptul că, atunci când avem un număr par de nucleoni, atunci acesția se grupează doi câte doi iar momentele lor magnetice se anulează.

Dar dacă există un număr impar de nucleoni, protoni și/sau neutroni, atunci nucleul va avea un moment magnetic de spin.

Dacă punem acei atomi în interiorul unui câmp magnetic continuu, vom observa faptul că atomii vor avrea o mișcare de rotație în jurul liniilor de câmp magnetic. Acea mișcare se numește precesie.

Precesia aceasta se petrece cu o anumită frecvență numită frecvența Larmor, numită astfel după matematicianul și fizicianul Joseph Larmor (1857 – 1942), cel care a descris, pentru prima dată, distribuția liniilor spectrale într-un câmp magnetic a oscilației electronilor.

La interacțiunea dintre nucleu și câmpul magnetic apare o energie potențială de interacțiune (definită de formula ћ * ωL):
ћ * ωL = γ * μN * B

ћ – constanta lui Planck redusă ( h/2π )
ωL – pulsație Larmor
γ – factor geomagnetic nuclear
μN – momentul magnetic al nucleului
B – inducția câmpului magnetic extern

ωL = 2 * π * νL

νL – frecvența Larmor
νL = γ * μN * B / h

Pentru B de 2-4 Tesla frecvența Larmor ( νL ) este de ordinul zecilor sau sutelor de MHz (vezi tabelul PDF din secțiunea “Surse”).

Știind despre existența frecevenței Larmor, dacă înlocuim câmpul magnetic continuu cu unul alternativ ce are aceeași frecvență ca frecevența Larmor, vom vedea că au loc fenomene de absorbție de energie de la câmpul magnetic către nucleele atomice. Acea absorbiție de energie poate fi pusă în evidentă de aparatura electronică a scannerului RMN.

În acest fel se folosesc spectrometrele RMN care ajută la imagistica interiorului corpului uman. Țesuturile bolnave vor avea un conținut diferit de atomi cu nucleoni în număr impar lucru ce ajută la detectarea problemelor de sănătate.

Elementele chimice care sunt vizate în analizele cu scannerul RMN sunt: 1H, 2H, 3He, 7Li, 13C, 14N, 15N, 17O, 23Na, 31P, 129Xe.

Filmat și editat de Manuel Cheța: http://tehnocultura.ro

Filmat la Universitatea “Transilvania” Brașov, Colina Universității.
Pentru varianta AUDIO: Subscribe in iTunes
SONY DSC
—–
Referințe:

– RMN: https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_resonance_imaging
– Joseph Larmor: https://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Larmor
– imagine proton ca un magnet: https://mrimaster.com/physics%20intro.html
– lista frecvențelor Larmor: http://kodu.ut.ee/~laurit/AK2/NMR_tables_Bruker2012.pdf
– ce elemente chimice se folosesc la RMN: http://bio.groups.et.byu.net/LarmourFreqCal.phtml
– spectroscopia RMN: http://radiopaedia.org/articles/mr-spectroscopy-1
– spin magnetic în nucleoni: http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Spectroscopy/Magnetic_Resonance_Spectroscopies/Nuclear_Magnetic_Resonance/NMR%3A_Theory
– diagramă scanner RMN: http://astarmathsandphysics.com/ib-physics-notes/117-biomedical-physics/1247-nuclear-magnetic-resonance-imagiing.html
– fizica RMN: https://en.wikipedia.org/wiki/Physics_of_magnetic_resonance_imaging
– momente magnetice ale nucleonilor: http://phys.org/news/2015-02-magnetic-moments-nuclear.html
– precesia nucleonilor: http://www.rise.duke.edu/apep/pages/page.html?001009

Categories
Podcasts Stiinta

F@TC 024 – Magneți antigravitaționali

Cuprul nu este magnetic, dar dacă îi dai drumul unui magnet puternic printr-o țeavă de cupru, vei observa că magnetul încetinește în căderea sa.

Dacă dai drumul unei pietre sau lemnului prin acea țeavă de cupru, atunci acestea vor cădea normal conform legii:
g = 1/2 g * t^2 – legea căderii libere (dacă ignorăm contactul ocazional al lemnului cu pereții interiori ai țevii).

Dar de ce magnetul nu cade la fel ca orice alt obicet în interiorul țevii de cupru? Ei bine, este vorba de aplicarea legii lui Lenz.

Despre magneții încetiniți în țevile de cupru ne povestește Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

Atunci când un magnet puternic este trecut prin interiorul unui material diamagnetic, precum este cuprul, deplasarea magnetului duce la apariția unor curenți electrici circulari în interiorul țevii iar acei curenți electrici generează, la rândul lor, un flux magnetic care se opune deplasării magnetului nostru.

Cu alte cuvinte, dacă un magnet trece prin interiorul unui metal nemagnetic, atunci acel metal va genera un câmp magnetic care încearcă să blocheze deplasarea magnetului.

În acest fel căderea magnetului de neodim este încetinită aproape de 2 ori.

Timpul de cădere prin țeava de cupru a bucății de lemn este de aproximativ 0,3 secunde (calculat cu formula de mai sus).

Timpul de cădere a magnetului de neodim este de 0,55 – 0,60 secunde, cu mult mai mult decâț la bucata de lemn.

Efectul devine cu atâț mai puternic cu câț folosești magneți mai puternici. Vei observa că magnetul este aproape oprit la ieșirea din țeava de cupru. Cu un magnet foarte puternic poți obține chiar și un efect prin care magnetul, înainte de a cădea din țeavă, urcă și coboară de câteva ori în apropriere de gura țevii.

Aplicarea legii lui Lenz în acest experiment este o demonstrație clară a conservării energiei, ori altfel spus, a modului în care o formă de energie se transformă în alta în mod deloc intuitiv.

Atunci când magnetul este deasupra țevii el are energie potențială generată prin poziția sa față de sol. Acea energie este apoi transformată în energie cinetică pe măsură ce viteza de cădere crește.

Datorită efectului Lenz acea energie cinetică și potențială este apoi transformată în energie electrică și magnetică. O parte a acelei energii electrice este transformată în căldură datorită efectului Joule.

După cum vezi magneții antigravitaționali sunt o realitate, însă aici este vorba de încetinirea căderii magnetului și nu de generarea unei adevărate forțe antigravitaționale.

Filmat și editat de Manuel Cheța: http://tehnocultura.ro

antigrav-thumb (Small)

AUDIO>> Pentru varianta AUDIO: Subscribe in iTunes

—————
Surse:
– diamagneți: http://en.wikipedia.org/wiki/Diamagnetism
– încălzire Joule: http://en.wikipedia.org/wiki/Joule_heating
– legea lui Lenz: http://en.wikipedia.org/wiki/Lenz%27s_law
– magnet neodim: http://magnetiputernici.ro/cilindri-neodim/Magnet-neodim-cilindru-12-x-60-mm-nichel

Categories
Podcasts Stiinta

F@TC 022 – Originea magnetismului

Ce este magnetismul? Ce provoacă magnetismul în anumite substanțe? De unde știm cum funcționează magnetismul și ce legătură exstă între magnetism și electricitate?

Despre originea magnetismului ne povestește Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

Magnetismul este proprietatea corpurilor de a atrage sau respinge magneți ori de a atrage metale precum fierul. Obiectele magnetice sunt folosite la crearea acului busolei, la motoare electrice, dar și la aparatele cu rezonanță magnetică nucleară.

Un lucru mai puțin știut este faptul că magnetismul întâlnit la toate substanțele este provocat de electronii din atomi.

Din electromagnetism se știe că un curent electric sau, mai bine zis, o sarcină electrică în mișcare determină apariția unui câmp magnetic.

In interioul atomului electronii există pe anumite nivele de energie în cadrul orbitalului în care aceștia pot fi găsiți. Pe același nivel de energie electronii se cuplează doi câțe doi.

Acești electroni fac două miscări în interiorul atomului:
1. mișcare de rotație în jurul nucleului atomic, generând astfel un moment magnetic orbital
2. mișcare de rotație în jurul axei proprii, generând astfel un moment magnetic de spin

Atunci când electronii sunt în perechi momentul magnetic de spin este anulat, dar mai rămâne momentul magnetic orbital. Astfel avem de-a face cu materiale dimagnetice.

Atunci când avem electroni în numâr impar atunci avem de-a face un magnetism generat de momemtnul magnetic de spin al eletronilor singuri. Astfel de substanțe se numesc paramagnetice.

Mai este cazul substanțelor feromagnetice, feromagnetismul fiind capacitatea fierului de a se magnetiza permanent și de a fi atras de magneți. Feromagnetismul este cel pe care îl întâlnim cel mai des în practică, celelalte tipuri de magnetism diamagnetism, paramagnetism și antiferomagnetismul fiind destul de slabe pentru a fi detectate la fel de ușor ca în cazul feromagnetismului.

Diagmanetismul este fenomenul prin care se generează un câmp magnetic opus atunci când obiectul este introdus într-un câmp magnetic anume. Respectiv, materialele diamagnetice vor respinge materialele magnetice.

Paramagnetismul este fenomenul prin care un obiect introdus într-un câmp magnetic va fi atras de acel câmp magnetic. Este situația în care momentele magnetice interioare se aliniază în așa fel încât obiectul este atras de generatorul de câmp magnetic.

In ceea ce priveste magneții, există câteva tipuri de magneti permanenți: cei din materiale metlice, precum magnetita (
Fe3O4), cobaltul, nichelul, cei din materiale compozite, precum ferită ori AlNiCo și magneți din metale rare, precum magneții de neodim0fier-boron sau, mai simplu zis, magneții din neodim.

Filmat și editat de Manuel Cheța: http://tehnocultura.ro
magnetism

AUDIO>> Pentru varianta AUDIO: Subscribe in iTunes

—-
Surse:
– electron – http://en.wikipedia.org/wiki/Electron
– magnet – http://simple.wikipedia.org/wiki/Magnet
– magnetism – http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetism
– dimagnetism – http://en.wikipedia.org/wiki/Diamagnetism
– paramagnetism – http://en.wikipedia.org/wiki/Paramagnetism

Categories
Podcasts Stiinta

F@TC 021 – Cum apare magnetismul terestru?

Magnetismul terestru apare în urma generării de curent electric în interiorul planetei. Acest curent electric se generează datorită fenomenului de convecție și datorită frecării dintre diferitele straturi ale interiorului planetei.

Despre magnetismul terestru ne povestește Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

Convecția este un fenomen prin care materia încălzită se ridică spre suprafață iar materia puțin mai rece cade către interior. Au loc astfel transfer de ioni metalici Intre diferitele straturi, mai ales că interioul planetei este lichid.

Se știe că sarcina electrică în mișcare determină apariția unui câmp electric, astfel că fenomenul de convecție și frecarea dintre straturi sunt vazute ca fiind principalele generatoare de câmp magnetic.

Acest curent electric din interiorul planetei generează un câmp magnetic cunoscut sub numele de magnetosferă. Magnetosfera are linii de câmp magnetic ce ies din polul nord magnetic (polul sud geografic) și intră în polul sud magnetic (polul nord geografic).

Aceste linii de câmp ne protezează de radiația din vântul solar. Radiația din vântul solar este compusă din particule (electroni, protoni, ioni) care sunt accelerate la viteze foarte mari iar acestea pot afecta viața pe Pământ.

Datorită existenței liniilor de câmp magnetic aceste particule nu mai ajung la nivelul solului, ci sunt dirijate către poli ori dincolo de planeta noastră, creând astfel o barieră în calea văntului solar.

Filmat și editat de Manuel Cheța: http://tehnocultura.ro
magnetosfera-thumb

AUDIO>> Pentru varianta AUDIO: Subscribe in iTunes


Surse:
– magnetismul terestru: http://en.wikipedia.org/wiki/Earth%27s_magnetic_field
– geofizica: http://sfm.asm.md/ftm/vol1nr2/geofizica.pdf
– geodinamica: http://nuclearplanet.com/Herndon’s%20Geodynamics.html
– magnetosferă și vânt solar: http://sci.esa.int/cluster/36447-direct-observation-of-3d-magnetic-reconnection/
– despre magnetosferă: http://www.windows2universe.org/earth/Magnetosphere/earth_magnetic_poles.html
– aurora: http://www.davidstrange.org.uk/aurorae.html
– magnetosfera: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:NASA%E2%80%99s_Wind_Mission_Encounters_%E2%80%98SLAMS%E2%80%99_Waves_(unlabeled_version).jpg

Categories
Podcasts Stiinta

F@TC 020 – Ce este un monopol magnetic?

Se știe că orice corp magnetic are doi poli: polul nord și polul sud magnetic. Oricât de mult ai împărți acel corp în bucăți mai mici tot vei obține bucăți ce au doi poli magnetici.

Despre monopolii magnetici ne povestește Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

Monopolii magnetici sau sarcini magnetice sunt obiecte ipotetice care ar avea unsingur pol magnetic. Paul Dirac spunea, în 1931, că dacă s-ar descoperi un monopol magnetic în Univers, atunci am putea explica existența sarcinilor electrice.

Ecuațiile lui James Clerk Maxwell (1862) nu exclud existența monopolilor magnetici, dar în cei 150 de ani de când au fost create acele ecuații nu s-au putut detecta asemenea monopoli magnetici.

Monopoli magnetici sintetici au fost creați sub forma unor skirmioni în anul 2013, dar mai sunt necesare cercetări în domeniu:
http://phys.org/news/2013-05-artificial-magnetic-monopoles.html

Cu toate acestea în natură nu s-au descoperit particule cu monopoli magnetici. Cercetările continuă.

Filmat și editat de Manuel Cheța: http://tehnocultura.ro
monopoli-thumb

AUDIO>> Pentru varianta AUDIO: Subscribe in iTunes

—–
Surse:
– ecuațiile lui Maxwell – http://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell%27s_equations
– Paul Dirac despre monopoli magnetici – http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_monopole#Dirac.27s_quantization
– imagine – http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_field

Categories
Stiinta

Ce lipsește de la ora de fizică? Levitația datorată inducției electromagnetice!

Știai că poți avea parte de levitație într-un mod cât se poate de științific? Trebuie numai să înțelegi cum funcționează inducția electromagnetică și apoi lecțiile de fizică își vor face rostul.