Применение магнитных полей в технологических целях


СОДЕРЖАНИЕ:

Постоянные магнитные поля

Источниками постоянных магнитных полей (ПМП) на рабо­чих местах являются постоянные магниты, электромагниты, силь­ноточные системы постоянного тока (линии передачи постоян­ного тока, электролитные ванны и др.).

Постоянные магниты и электромагниты широко используются в приборостроении, в магнитных шайбах подъемных кранов, в магнитных сепараторах, в устройствах для магнитной обработки воды, в магнитогидродинамических генераторах (МГД), установ­ках ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и электронного пара­магнитного резонанса (ЭПР), а также в физиотерапевтической практике.

Основными физическими параметрами, характеризующими ПМП, являются напряженность поля (Н), магнитный поток (Ф) и магнитная индукция (В).В системе СИ единицей измерения напряженности магнитного поля является ампер на метр (А/м), магнитного потока — Вебер (Вб), плотности магнитного потока (магнитной индукции) — тесла (Тл).

Выявлены изменения в состоянии здоровья лиц, работающих с источниками ПМП. Чаще всего эти изменения проявляются в форме вегетодистоний, астеновегетативного и периферического вазовегетативного синдромов или их сочетания.

Согласно действующему в нашей стране нормативу («Предель­но допустимые уровни воздействия постоянных магнитных полей при работе с магнитными устройствами и магнитными материа­лами» № 1742-77), напряженность ПМП на рабочих местах не должна превышать 8 кА/м (10 мТл). Допустимые уровни ПМП, рекомендованные Международным комитетом по неионизирующим излучениям (1991) дифференцированы по контингенту, ме­сту воздействия и времени работы. Для профессионалов: 0,2 Тл — при воздействии полный рабочий день (8 ч); 2 Тл — при кратков­ременном воздействии на тело; 5 Тл — при кратковременном воз­действии на руки. Для населения уровень непрерывного воздей­ствия ПМП не должен превышать 0,01 Тл.

Источники ЭМИ радиочастотного диапазона широко исполь­зуются в самых различных отраслях народного хозяйства. Они при­меняются для передачи информации на расстоянии (радиовеща­ние, радиотелефонная связь, телевидение, радиолокация и др.). В промышленности ЭМИ радиоволнового диапазона используют­ся для индукционного и диэлектрического нагрева материалов (за­калка, плавка, напайка, сварка, напыление металлов, нагрев внут­ренних металлических частей электровакуумных приборов в про­цессе откачки, сушка древесины, нагрев пластмасс, склейка пластикатов, термообработка пищевых продуктов и др.). ЭМИ широ­ко применяются в научных исследованиях (радиоспектроскопия, радиоастрономия) и медицине (физиотерапия, хирургия, онко­логия). В ряде случаев ЭМИ возникают как побочный неиспользуемый фактор, например, вблизи воздушных линий электропере­дачи (ВЛ), трансформаторных подстанций, электроприборов, в том числе бытового назначения. Основными источниками излуче­ния ЭМП РЧ в окружающую среду служат антенные системы радиолокационных станций (РЛС), радио- и телерадиостанций, включая системы мобильной радиосвязи и воздушные линии элек­тропередачи.

Организм человека и животных весьма чувствителен к воздей­ствию ЭМП РЧ.

К критическим органам и системам относятся: центральная нервная система, глаза, гонады, а по мнению некоторых авторов, и кроветворная система. Биологическое действие этих излучений зависит от длины волны (или частоты излучения), режима генерации (непрерывный, импульсный) и условий воздействия на организм (постоянное, прерывистое; общее, мест­ное; интенсивность; длительность). Отмечено, что биологическая активность убывает с увеличением длины волны (или снижением частоты) излучения. Наиболее активными являются санти-, деци и метровый диапазоны радиоволн. Поражения, вызываемые ЭМИ РЧ, могут быть острыми и хроническими. Острые возникают при действии значительных тепловых интенсивностей излучения. Они встречаются крайне редко — при авариях или грубых нарушениях техники безопасности на РЛС. Для профессиональных условий более характерны хронические поражения, выявляемые, как правило, после нескольких лет работы с источниками ЭМИ микро­волнового диапазона.

Основными нормативными документами, регламентирующи­ми допустимые уровни воздействия ЭМИ РЧ, являются: ГОСТ 12.1.006 — 84 «ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот.

Допус­тимые уровни» и СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 «Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона». В них нормируется энер­гетическая экспозиция (ЭЭ) для электрического (Е) и магнитно­го (Н) полей, а также плотность потока энергии (ППЭ) за рабо­чий день (табл. 5.11).

Таблица 5.11.

Предельно- допустимые уровни (ПДУ) за рабочий день для работающих

С ЭМИ РЧ

Параметр Диапазоны частот, МГц
Наименование Единица измерения 0,003-3 3-30 30-300 300-300000
ЭЭЕ (В/м) 2 *ч
ээн (А/м) 2 *ч
ппэ (мкВт/см 2 )* ч

Для всего населения при непрерывном воздействии установле­ны следующие ПДУ напряженности электрического поля, В/м:

Диапазон частот МГц

* Кроме телевизионных станций, ПДУ для которых дифференцированы в

зависимости от частоты от 2,5 до 5 В/м.

К числу аппаратов, работающих в области радиочастотного диапазона, относятся и видеодисплеи терминалов персональных компьютеров. В наши дни персональные компьютеры (ПК) нахо­дят широкое применение на производстве, в научных исследова­ниях, в лечебно-профилактических учреждениях, в быту, в ву­зах, школах и даже в детских садах. При использовании на произ­водстве ПК в зависимости от технологических задач могут воз­действовать на организм человека в течение длительного времени (в пределах рабочего дня). В бытовых условиях время использова­ния ПК вообще не поддается контролю.

Для видеодисплейных терминалов ПК (ВДТ) установлены сле­дующие ПДУ ЭМИ (СанПиН 2.2.2.542-96 «Гигиенические требо­вания к видеодисплейным терминалам, персональным электрон­но-вычислительным машинам и организации работы») — табл. 5.12.

Таблица 5.12. Предельно допустимые уровни ЭМИ, создаваемых ВДТ

Магнитные поля Опеределение, источники, СанПиН

Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.

Источниками макроскопического магнитного поля являются намагниченные тела, проводники с током и движущиеся электрически заряженные тела. Природа этих источников едина: магнитное поле возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов), а также благодаря наличию у микрочастиц собственного (спинового) магнитного момента.

Переменное магнитное поле возникает также при изменении во времени электрического поля. В свою очередь, при изменении во времени магнитного поля возникает электрическое поле. Полное описание электрического и магнитного полей в их взаимосвязи дают Максвелла уравнения. Для характеристики магнитного поля часто вводят понятие силовых линий поля (линий магнитной индукции).

Для измерения характеристик магнитного поля и магнитных свойств веществ применяют различного типа магнитометры. Единицей индукции магнитного поля в системе единиц СГС является Гаусс (Гс), в Международной системе единиц (СИ) — Тесла (Тл), 1 Тл = 104 Гс. Напряжённость измеряется, соответственно, в эрстедах (Э) и амперах на метр (А/м, 1 А/м = 0,01256 Э; энергия магнитного поля — в Эрг/см 2 или Дж/м 2 , 1 Дж/м 2 = 10 эрг/см 2 .

Компас реагирует
на магнитное поле Земли

Магнитные поля в природе чрезвычайно разнообразны как по своим масштабам, так и по вызываемым ими эффектам. Магнитное поле Земли, образующее земную магнитосферу, простирается до расстояния в 70—80 тысяч км в направлении к Солнцу и на многие миллионы км в противоположном направлении. У поверхности Земли магнитное поле равно в среднем 50 мкТл, на границе магнитосферы

10 -3 Гс. Геомагнитное поле экранирует поверхность Земли и биосферу от потока заряженных частиц солнечного ветра и частично космических лучей. Влияние самого геомагнитного поля на жизнедеятельность организмов изучает магнитобиология. В околоземном пространстве магнитное поле образует магнитную ловушку для заряженных частиц высоких энергий — радиационный пояс Земли. Содержащиеся в радиационном поясе частицы представляют значительную опасность при полётах в космос. Происхождение магнитного поля Земли связывают с конвективными движениями проводящего жидкого вещества в земном ядре.

Непосредственные измерения при помощи космических аппаратов показали, что ближайшие к Земле космические тела — Луна, планеты Венера и Марс не имеют собственного магнитного поля, подобного земному. Из других планет Солнечной системы лишь Юпитер и, по-видимому, Сатурн обладают собственными магнитными полями, достаточными для создания планетарных магнитных ловушек. На Юпитере обнаружены магнитные поля до 10 Гс и ряд характерных явлений (магнитные бури, синхротронное радиоизлучение и другие), указывающих на значительную роль магнитного поля в планетарных процессах.

© Фото: http://www.tesis.lebedev.ru
Фотография Солнца
в узком спектре

Межпланетное магнитное поле — это главным образом поле солнечного ветра (непрерывно расширяющейся плазмы солнечной короны). Вблизи орбиты Земли межпланетное поле

10 -4 —10 -5 Гс. Регулярность межпланетного магнитного поля может нарушаться из-за развития различных видов плазменной неустойчивости, прохождения ударных волн и распространения потоков быстрых частиц, рожденных солнечными вспышками.

Во всех процессах на Солнце — вспышках, появлении пятен и протуберанцев, рождении солнечных космических лучей магнитное поле играет важнейшую роль. Измерения, основанные на эффекте Зеемана, показали, что магнитное поле солнечных пятен достигает нескольких тысяч Гс, протуберанцы удерживаются полями

10—100 Гс (при среднем значении общего магнитного поля Солнца

Магнитные бури

Магнитные бури — сильные возмущения магнитного поля Земли, резко нарушающие плавный суточный ход элементов земного магнетизма. Магнитные бури длятся от нескольких часов до нескольких суток и наблюдаются одновременно на всей Земле.

Как правило, магнитные бури состоят из предварительной, начальной и главной фаз, а также фазы восстановления. В предварительной фазе наблюдаются незначительные изменения геомагнитного поля (в основном в высоких широтах), а также возбуждение характерных короткопериодических колебаний поля. Начальная фаза характеризуется внезапным изменением отдельных составляющих поля на всей Земле, а главная — большими колебаниями поля и сильным уменьшением горизонтальной составляющей. В фазе восстановления магнитной бури поле возвращается к своему нормальному значению.

Влияние солнечного ветра
на магнитосферу Земли

Магнитные бури вызываются потоками солнечной плазмы из активных областей Солнца, накладывающимися на спокойный солнечный ветер. Поэтому магнитные бури чаще наблюдаются вблизи максимумов 11-летнего цикла солнечной активности. Достигая Земли, потоки солнечной плазмы увеличивают сжатие магнитосферы, вызывая начальную фазу магнитной бури, и частично проникают внутрь магнитосферы Земли. Попадание частиц высоких энергий в верхнюю атмосферу Земли и их воздействие на магнитосферу приводят к генерации и усилению в ней электрических токов, достигающих наибольшей интенсивности в полярных областях ионосферы, с чем связано наличие высокоширотной зоны магнитной активности. Изменения магнитосферно-ионосферных токовых систем проявляются на поверхности Земли в виде иррегулярных магнитных возмущений.

В явлениях микромира роль магнитного поля столь же существенна, как и в космических масштабах. Это объясняется существованием у всех частиц — структурных элементов вещества (электронов, протонов, нейтронов), магнитного момента, а также действием магнитного поля на движущиеся электрические заряды.

Применение магнитных полей в науке и технике. Магнитные поля обычно подразделяют на слабые (до 500 Гс), средние (500 Гс — 40 кГс), сильные (40 кГс — 1 МГс) и сверхсильные (свыше 1 МГс). На использовании слабых и средних магнитных полей основана практически вся электротехника, радиотехника и электроника. Слабые и средние магнитные поля получают при помощи постоянных магнитов, электромагнитов, неохлаждаемых соленоидов, сверхпроводящих магнитов.

Источники магнитного поля

Все источники магнитных полей можно разделить на искусственные и естественные. Основными естественными источниками магнитного поля являются собственное магнитное поле планеты Земля и солнечный ветер. К искусственным источникам можно отнести все электромагнитные поля, которыми так изобилует наш современный мир, и наши дома в частности. Более подробно об электромагнитных полях, их влиянии на человека и способах оценки и экранинирования читайте на нашем сайте.

Транспорт на электроприводе является мощным источником магнитного поля в диапазоне от 0 до 1000 Гц. Железнодорожный транспорт использует переменный ток. Городской транспорт — постоянный. Максимальные значения индукции магнитного поля в пригородном электротранспорте достигают 75 мкТл, средние значения — около 20 мкТл. Средние значения на транспорте с приводом от постоянного тока зафиксированы на уровне 29 мкТл. У трамваев, где обратный провод — рельсы, магнитные поля компенсируют друг друга на гораздо большем расстоянии, чем у проводов троллейбуса, а внутри троллейбуса колебания магнитного поля невелики даже при разгоне. Но самые большие колебания магнитного поля — в метро. При отправлении состава величина магнитного поля на платформе составляет 50-100 мкТл и больше, превышая геомагнитное поле. Даже когда поезд давно исчез в туннеле, магнитное поле не возвращается к прежнему значению. Лишь после того, как состав минует следующую точку подключения к контактному рельсу, магнитное поле вернется к старому значению. Правда, иногда не успевает: к платформе уже приближается следующий поезд и при его торможении магнитное поле снова меняется. В самом вагоне магнитное поле еще сильнее — 150-200 мкТл, то есть в десять раз больше, чем в обычной электричке.

Значения индукции магнитных полей, наиболее часто встречаемых нами в повседневной жизни приведены на диаграмме ниже. Глядя на эту диаграмму становится ясно, что мы подвергаемся воздействию магнитных полей постоянно и повсеместно. По мнению некоторых ученых, вредными считаются магнитные поля с индукцией свыше 0,2 мкТл. Ествественно, что следует предпринимать определенные меры предосторожности, чтобы обезопасить себя от пагубного воздействия окружающих нас полей. Просто выполняя несколько несложных правил Вы можете в значительной мере снизить воздействие магнитных полей на свой организм.

В действующих СанПиН 2.1.2.2801-10 «Изменения и дополнения №1 к СанПиН 2.1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях» сказано следующее: «Предельно допустимый уровень ослабления геомагнитного поля в помещениях жилых зданий устанавливается равным 1,5». Также установлены предельно допустимые значения интенсивности и напряжённости магнитного поля частотой 50 Гц:

  • в жилых помещениях — 5 мкТл или 4 А/м;
  • в нежилых помещениях жилых зданий, на селитебной территории, в том числе на территории садовых участков — 10 мкТл или 8 А/м.

Исходя из указанных нормативов каждый может рассчитать какое количество электрических приборов может находиться во включённом состоянии и в состоянии ожидания в каждом конкретном помещении или же заказать обследование помещений в нашей фирме, на основании которого будут выданы рекомендации по нормализации жилого пространства.

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Н.Э. Баумана». Эл № ФС 77 — 48211. ISSN 1994-0408

Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана

Введение

Повышение конкурентоспособности, надежности и долговечности различных видов машин и механизмов является актуальной задачей современной промышленности. Успешное её решение базируется на комплексных исследованиях, связанных с разработкой и применением в производстве технологических методов, позволяющих целенаправленно формировать структуру с заданными физико-химическими, механическими и триботехническими свойствами. Значительная часть этих методов связана с применением воздействий полей различной природы.

Цель данной статьи — анализ научной информации о проведенных теоретических и экспериментальных исследованиях в области модификации различных материалов с помощью магнитных полей.

В статье представлен обзор работ, посвященных изучению влияния магнитных полей различной напряженности на структуру и свойства материалов. Актуальность исследований в этом направлении обусловлена сложностью и недостаточной изученностью механизмов и эффектов, сопровождающих процессы модификации. В связи с этим, детальное изучение достигнутых на сегодняшний день результатов в этой области необходимо для выбора и обоснования способов и режимов модификации материалов.

1 О физической природе влияния магнитных полей на свойства материала

Исследования последних лет в области магнитополевых воздействий подтверждают, что с помощью умеренных магнитных полей возможно прямое бесконтактное воздействие на динамику структурных дефектов различного уровня, влияние на их поведение и, как следствие, изменение макросвойств материала и эксплуатационных свойств изделия.

Отмечается [1], что обработка в электромагнитных полях (ЭМП) отличается низкими затратами энергии. Так, например, типичные значения энергии, сообщаемые одному атому в кристаллической решетке с параметром а в обычно используемых полях составляют по порядку величины: в магнитном поле (МП) , , в электрическом поле (ЭП) , , в поле импульсного тока длительностью , в силовом поле при деформации и тепловом при , .

Здесь – магнетон Бора, е – элементарный заряд, – удельное сопротивление, – постоянная Больцмана, Е – энергия, – модуль Юнга.

В любом реальном кристалле дефекты понижают степень симметрии решетки, локально перераспределяют электронную плотность, что вызывает появление дальнодействующих макроскопических электрических и магнитных полей [1].

На рис. 1 показаны возможные причины влияния ЭМП на отдельные элементы структуры и структурные уровни. Например, в идеальном кристалле ЭП и МП могут вызвать упорядочение по дипольным и магнитным моментам, изменение электронного и фононного спектра, а также фазовые переходы. Что касается точечных дефектов, то, хотя сами по себе они редко являются причиной разрушения материала, важным фактором является их взаимодействие с дислокациями. Например, если у дефекта существует дипольный или магнитный момент и упругая анизотропия, то его ориентация в ЭП и МП вызовет снижение напряжения течения в одних плоскостях и увеличение в других. В металлах же изменение в ЭП и МП состояния электронного газа (который можно рассматривать как совокупность точечных стопоров для дислокаций) способно оказать влияние на пластические свойства из-за эффекта электронно-дислокационного взаимодействия.

Характер взаимодействия дислокаций с полями зависит от природы поля: ЭП может оказывать силовое действие на заряженные ядра дислокаций, а неоднородное МП – на обладающие магнитным моментом [1]. Дислокации в различных кристаллах (ионных, ковалентных, металлических) обуславливают повышенную магнитную восприимчивость. Отмечается [1] возможность протекания спин-зависимых реакций между дефектами и отдельными атомами внутри ядер дислокаций и точечных комплексов. МП меняет мультиплетность состояний образующихся и диссоциирующих пар, то есть статистику этих состояний в кристалле.

Рисунок 1 – Анализ влияния ЭМП на структуру и свойства кристалла

Что касается действия ЭМП на макродефекты и образец в целом, то разница плотностей энергии ЭМП в соседних элементарных объемах образца или на поверхности вызывает появление электродинамических усилий, а протекающий ток – разогрев, что ведет к появлению термических напряжений.

Остановимся подробнее на магнитопластических эффектах, впервые обнаруженных в 1987 г. группой ученых под руководством профессора В.И. Альшица [2], установившей явление перемещения дислокаций под действием постоянного магнитного поля в кристаллах NaCl в отсутствии механических напряжений. Дальнейшие исследования в этой области показали, что магнитопластический эффект приводит к снижению предела текучести, уменьшению микротвердости и внутреннего трения различных монокристаллических материалов.

Согласно [3], магнитопластические эффекты (МПЭ) можно разделить на три группы касательно временных характеристик: те, что проявляются во время воздействия МП, а также обратимые и необратимые эффекты, которые имеют длительное последействие (рис. 2). Предполагается, что неравновесность кристалла обеспечивает высокую чувствительность дефектной структуры к воздействию внешних и внутренних МП.

Рисунок 2 – Три основных типа поведения немагнитных материалов в МП: 1 – эффекты возникающие под действием МП, 2 – необратимые постэффекты, 3 – последействие с медленной релаксацией

В работах [2, 4–6] проводили исследования влияния слабого постоянного МП (слабое МП из условия , а для металлов добавляется еще условие ( – магнетон Бора, B – индукция МП, постоянная Больцмана, циклотронная частота, и заряд и масса электрона, – частота столкновения электрона с рассеивающими центрами)) на механические свойства различных немагнитных кристаллов (NaCl, CsI и др.), а также металлов (Zn, Al). В опытах с немагнитными кристаллами наблюдали инициирование движения дислокаций магнитным полем с В = 0,1…1,6 Тл без приложения дополнительного механического нагружения. Отмечается, что с увеличением времени экспозиции образцов в МП средняя длина пробега дислокаций L росла линейно, а при изменении температуры длина пробега L практически не менялась. При перемене знака поля на обратный, направление движения дислокаций не менялось, благодаря чему авторы исключили возможность объяснения эффекта действием пондермоторных сил или вихревого электрического поля. Доказано [6], что МП понижает высоту потенциальных барьеров для движения дислокаций, а движущей силой для транспорта дислокаций является случайная мозаика полей внутренних напряжений. Предполагается, что МП влияет на взаимодействие движущихся дислокаций с примесными центрами и на внутреннюю структуру тех и других. Анализ зависимости средней скорости движения краевых дислокаций от пройденного расстояния в кристаллах NaCl, необработанных и обработанных в МП, показал, что МП индуцировало эффект последействия: облегчало движение дислокаций после отключения поля.

Исследование влияния МП с В = 0,2 Тл, которое прикладывали при внедрении индентора в кристаллы висмута, показало, что наблюдается рост микротвердости и уменьшение размеров двойниковых прослоек вокруг отпечатка [7].

Противоположные результаты получены на алюминии [8], установлено, что выдержка в магнитном поле снижает микротвердость алюминия, при этом существует пороговое значение индукции постоянного магнитного поля, начиная с которого наблюдается эффект линейного снижения микротвердости. Обнаружено, что ползучесть в условиях внешнего магнитного поля приводит к уменьшению среднего размера ямок вязкого излома более чем в 2 раза и способствует увеличению скалярной плотности дислокаций, формирующих субструктуру дислокационного хаоса. Это говорит о росте степени закрепления дислокаций и увеличении прочности материала.

Таким образом, влияние магнитного поля на диамагнитные материалы сводится к следующему [3]:

1. МП влияет на неупругие и пластические свойства твердых тел различной природы на всех структурных уровнях и степенях деформации (от до 1).

2. Существует пороговый характер постэффектов влияния МП и насыщение МПЭ по магнитному полю, что косвенно свидетельствует о селективном влиянии на определенные дефекты в кристалле, т.е. МП особым образом меняет соотношение факторов, влияющих на физико-механические свойства.

3. МПЭ возникает в неравновесных структурах.

4. Существует несколько каналов влияния МП на структуру и свойства материала. Предполагается, что МП индуцирует многостадийные процессы релаксации дефектной структуры. Часть этих процессов (депиннинг дислокаций, распад примесных комплексов и последующая рекомбинация продуктов распада на других дефектах структуры и между собой) носит уникальный характер и не может быть инициируема такими традиционными воздействиями как термическая обработка, механическое воздействие и др.

5. Сильное и слабое МП действует на различные объекты в кристалле.

2 Влияние обработки в МП и комбинированной обработки на свойства материалов

К методам обработки в постоянном МП относятся следующие:

· Обработка одним импульсом с последующим размагничиванием через 8-24 ч;

· Обработка направленной (локальной) концентрацией магнитного потока на заготовку;

· Динамическая обработка , когда деталь в поле постоянной напряженности вращается с некоторым ускорением частоты вращения (1-50 с) в течение 1-5 мин;

· Обработка без последующего размагниченности;

· Обработка при свободном перемещении заготовки в полости индуктора;

· Обработка детали при свободном перемещении в непосредственной близости от полости индуктора.

Различают следующие методы обработки в импульсном магнитном поле:

· Обработка без последующего размагничивания;

· Многоцикловая обработка (2-10 циклов) с выдержкой между циклами 1-20 мин;

· Обработка с применением ферромагнитных сердечников и локальных концентраторов магнитного поля;

· Обработка в металлических контейнерах или камерах с применением феррожидкостей;

В 50 – 60-х г.г. появился ряд статей [9-12], в которых речь шла о различных видах обработки в магнитном поле, приводящих к повышению прочности стали. Среди них стоит особенно отметить работы М.Л. Бернштейна [9]. Целью этих исследований являлось повышение свойств сталей с помощью термомеханико-магнитной обработки. В работах показана возможность повышения механических свойств сталей при термической или термомеханической обработке в постоянных и переменных магнитных полях напряженностью до 10000 Э (0,8 МА/м). Однако отмеченное влияние магнитного поля на фазовый состав, структуру и механические свойства закалённой стали оказалось небольшим и в некоторых случаях могло быть отнесено за счёт случайных отклонений в условиях проведения опыта.

Влияние МП на фазовые превращения оказалось возможным для материалов, где имеется хотя бы одна ферромагнитная фаза, участвующая в превращении. Проведенный М.А. Кривоглазом и В.Д. Садовским термодинамический анализ влияния МП на фазовые переходы первого рода [12] показал наличие смещения температуры фазового равновесия T. Утверждается, что это происходит за счет того, что под действием МП разность термодинамических потенциалов ферромагнитной и неферромагнитной фаз увеличивается. Величина смещения температуры фазового равновесия в магнитном поле определяется по формуле Кривоглаза-Садовского, аналогичной обобщенной формуле Клайперона-Клаузиуса для смещения температуры фазового равновесия под влиянием давления:

где ΔM – разность магнитных моментов и фаз, участвующих в превращении; – объемы первой и второй фазы; Н – напряженность магнитного поля; температура фазового равновесия; q – теплота превращения.

По мнению авторов, повышение напряженности магнитного поля способствует образованию фазы с более высокой намагниченностью и расширяет область ее существования аналогично тому, как уменьшение давления способствует фазовому переходу, сопровождающемуся увеличением объема (рис. 3).

Рисунок 3 – Зависимость свободных энергий аустенита ( ) мартенсита ( ) от температуры и магнитного поля: – мартенситная точка; – мартенситная точка в магнитном поле; – свободная энергия мартенсита в магнитном поле

Подобное явление особенно отчетливо наблюдается в распадающихся твердых растворах, имеющих значительную концентрацию парамагнитной компоненты. Действительно, стимулирующее действие магнитного поля на фазовые превращения было обнаружено в сталях и железо-марганцевых сплавах. Однако структурные превращения подобного рода могли наблюдаться лишь в сильных магнитных полях (Н = Э).

Важным является экспериментально обнаруженное инициирующее действие МП на мартенситное превращение в сплавах с разной кинетикой. В сплавах с изотермической кинетикой мартенситного превращения, импульсные магнитные поля практически не оказывают влияния на изотермическое превращение, но могут вызвать ярко выраженное атермическое превращение. Это явление заключается в том, что достаточно сильное магнитное поле вызывает структурный переход -фазы (аустенита) в -фазу (мартенсит) при температурах на десятки и сотни градусов выше мартенситной точки ( ). Появляется возможность разработки принципиально новых способов повышения механических свойств изделий на основе использования как постоянных, так и переменных (или импульсных) магнитных полей.

Каждый электрик должен знать:  Что такое фаза, ноль, земля в электрике и зачем они нужны

Например, в сплавах типа Fe-24%Ni-4%Mn (Н24Г4) под влиянием импульсного магнитного поля (ИМП) реализуется мартенситное превращение атермического типа при температурах жидкого азота и выше. При этом постоянное МП может оказывать влияние на развитие изотермического мартенситного превращения, что выражается в сдвиге С-образной диаграммы изотермичсекого мартенситного превращения в сторону более высоких температур. Таким образом, в сплавах с высокой степенью стабильности аустенитного состояния при охлаждении до низких температур под воздействием магнитного поля возможно развитие мартенситного превращения и изменение физико-механических свойств.

В работе [13] установлено, что МП может оказывать влияние на струтурные характеристики: в сплавах Fe — Ni — C (Н32, 25Н31, 50ХН23) под действием магнитного поля происходит образование мартенсита иного типа по сравнению с тем, что образуется при охлаждении, что связывают с иной кинетикой превращения. В случае превращения под действием МП имеет место постепенное снижение температуры в отличие от классического мартенситного превращения, где образование мартенсита сопровождается «взрывной» кинетикой, при которой сразу образуется большое количество мартенсита.

Некоторое влияние на скорость мартенситного превращения могут оказывать ближний порядок и магнитное состояние в аустенитной фазе. Так, например, в антиферромагнитных аустенитных сталях имеются малые области с ферромагнитным порядком (т. е. что эти стали являются суперпарамагнетиками). Полагают, что данные области являются местами зарождения мартенситной фазы. Таким образом объясняется существенное влияние пластической деформации на зависимость температуры от внешнего магнитного поля.

О влиянии магнитострикции на изменение свойств металлов под действием МП можно сказать, что магнитнострикционные эффекты следует учитывать в том случае, если стрикционное изменение объема в поле Н аномально велико. Тогда сдвиг точки перехода можно связать не только изменением магнитной энергии, но и со стрикционными эффектами.

Исследование влияния термомагнитной обработки в сверхсильных полях инструментальных сталей и сплавов (Н19ТЮ, Р18 и др.) показало [14], что после термомагнитной обработки происходит перераспределение легирующих элементов и обеднение матрицы.

С другой стороны на свойства стальных сплавов можно влиять не только с помощью сверхсильных полей, но и используя сравнительно слабые МП (100 – 2000 КА/м) [15]. На рис. 4 показано, как магнитная проницаемость и относительная износостойкость инструментальной стали Р6М5 зависит от напряженности поля соленоида при магнитно-импульсной обработке (МИО).

Рисунок 4 – Зависимость магнитной проницаемости µ (а) и относительной износостойкости (б) образцов из стали Р6М5 от напряженности поля соленоида при МИО с длительностью импульса 0,6 с: 1 – t =20 ° C ; 2 – t =120 ° C ; 3 – t =320 ° C ; 4 – t =520 ° C [15]

Как видно из приведенных на рис. 4 данных, для указанной марки стали максимальный эффект от МИО наступает при напряженности магнитного поля Н=400 кА/м. ИМП, взаимодействуя с материалом, изменяет его тепловые и электромагнитные свойства, улучшает структуру и эксплуатационные характеристики. На рис. 5 показано изменение физико-механических и технологических свойств образцов из стали 45Х после МИО [15]. Видно, что с увеличением напряженности ЭМП, физико-механические показатели возрастают. Характер изменения технологических свойств различен.

Рисунок 5 – Относительное изменение физико-химических (а) и технологических (б) характеристик образцов стали 45Х после МИО: 1 – теплопроводность, 2 – магнитная проницаемость, 3 – электропроводность, 4 – коррозионная стойкость, 5 – износостойкость, 6 – притираемость, 7 – прокатываемость, 8 – скорость охлаждения, 9 – обрабатываемость резанием.

На рис. 6 представлены результаты измерения микротвердости по длине образцов из стали Р6М5, У12А и сплава Т15К6 [15] без обработки и после МИО. Видно, что после воздействия ИМП показатели твердости выравниваются, т.е. структура становится более однородной.

Испытания на стойкость сверл из стали Р18, обработанных в полях напряженностью 12 МА/м во время закалки, улучшения и отпуска, показали, что долговечность инструмента повышается в 1,2-1,3 раза. Полученные результаты авторы [15] связывают с влиянием термомагнитной обработки на процессы структурных и субструктурных изменений при фазовых переходах под воздействием МП.

Рисунок 6 – Изменение твердости по длине образца без МИО (1) и после МИО (2) полем напряженностью 450 кА/м с длительностью импульса 0,6с; выдержка после МИО 24 ч: а – сверло диаметром 24,5 мм, сталь Р6М5; б – пластина проходного резца, твердый сплав Т15К6; в – лезвие ножа гильотинных ножниц, сталь У12А.

По результатам работы [16] МИО позволяет увеличить ресурс деталей в среднем на 20…30 % относительно необработанных деталей, при это свойства сохраняются до полного износа деталей. На рис. 7 приведены данные о влиянии числа импульсов магнитного поля на стойкость деталей.

Из рис. 7 видно, что увеличение напряженности магнитного поля и числа импульсов ведет к росту стойкости коронок: максимальный эффект увеличения стоимости инструмента достигается при Н= А/м и числе импульсов поля 40-50.

Рисунок 7 – Зависимость стойкость экспериментальных штыревых буровых коронок от числа импульсов магнитного поля

Анализируя описанные результаты, можно заключить, что существует некие диапазоны значений параметров МП для различных материалов, в которых достигается максимальный эффект воздействия МП. Например, если на сталь Р6М5 наибольшее влияние оказывает МП напряженностью Н=400кА/м, то для стали 45Х это значение уже составляет 800кА/м и выше.

Приведенные в работе [17] результаты экспериментальной зависимости напряженности магнитного поля Н и микротвердости HV образцов стали Р6М5 от глубины слоя (рис. 8а) и зависимости микротвердости от напряженности импульса магнитного поля (рис. 8б) показывают, что максимальная микротвердость образцов достигается при напряженности поля А/м.

Рисунок 8 – а) распределение Н и HV по глубине х; б)зависимость HV от Н

Анализ результатов работ [16, 17] позволяет заключить, что максимальный уровень свойств для инструментальных сталей достигается в узком диапазоне значений Н=(1,2. 1,6) кА/м.

В работе [18] приведены результаты исследования влияния импульсного МП напряженностью до 100 кА/м на микротвердость сплава сендаст и титанового сплава ВТ23. Обнаружен прирост микротвердости обработанных образцов по сравнению с необработанными до 35 и 45 %, соответственно для сплава сендаст и ВТ23.

Авторы [19] приводят результаты влияния импульсного магнитного поля на механические свойства инструментальных и пружинных сталей. В табл. 1 представлены результаты изменения значений микротвердости термоупрочненной быстрорежущей стали Р6М5.

Микротвердость образцов стали Р6М5 после ТО и МИО (частота МИО: 1 — 0.5 Гц, 2 – 1 Гц, 3 – 5 Гц, 4 – 10 Гц, время обработки 4 мин., напряженность магнитного поля 42 МА/м) [19]

Среднее значение микротвердости в образце до/после МИО, МПа

Максимальный разброс средних значений

Из табл. 1 видно, что микротвердость после МИО увеличилась на 25-35 %. Также уменьшение разброса значений микротвердости свидетельствует об увеличении однородности структуры стали. Эти данные хорошо согласуются с результатами, полученными авторами работ [16-18].

Характер изменения микроструктуры стали Р18 после МИО представлен в табл. 2

Микроструктура стали Р18 после МИО

МИО, 5 Гц, 4 мин., 42 МА/м

МИО, 10 Гц, 4 мин., 42 МА/м

Балл зерна аустенита

Данные в табл. 2 свидетельствуют об уменьшении количества остаточного аустенита после МИО.

Изменение микротвердости образцов из сталей 65Г и У10А, прошедших термическую и магнитно–импульсную обработку, имеет следующий характер:

– Микротвердость при отпуске в интервале 100 – 200 °С снижается: у стали 65Г от 8373,8 МПа (у закаленного образца) до 7302,7 МПа, 6665,7 МПа, 6152,2 МПа; у стали У10А — от 8961,3 МПа (у закаленного образца) до 8236,0 МПа, 6286,2 МПа, 6065,3 МПа при отпуске на 100, 150 и 200 °С, соответственно;

– МИО при малых частотах вызывает разупрочнение металла, аналогично низкому отпуску: микротвердость стали 65Г снижается до 7302,7 МПа, стали У10А до 7970,3 МПа. При повышении частоты (выше 1 Гц) наблюдается увеличение микротвердости до 9117,8 МПа у стали 65Г и до 7535,4 МПа у стали У10А.

Авторы [19] также провели исследование влияния МИО на содержание углерода в мартенситной закаленной стали 65Г после 4, 8 и 12 часов выдержки, результаты рентгеноструктурного анализа представлены на рис. 9.

Рисунок 9 – Зависимость содержания углерода в мартенсите: а) – от температуры низкого отпуска; б) – от режимов МИО: 1 – через 4 ч после МИО, 2 – через 8 ч, 3 – через 12 ч

Как видно из рис. 9, сразу после МИО количество углерода снижается от 0,6 % до 0, 5% (частота 0,5 Гц), до 0,41 % (частота 10 Гц), а уже после 12 часов выдержки количество углерода снижается до 0,34 %.

Результаты исследования зависимости нагрузки образования трещин в стали У10А (от отпечатка на твердомере Виккерса) и твердости от режимов отпуска и МИО представлены в табл. 3-5

Твердость по Виккерсу стали У10А после термической обработки

Закалка, 850 ° С вода

Закалка, 850 ° С вода + отпуск 150 ° С

Закалка, 850 ° С вода + отпуск 200 ° С

Величина нагрузки образования трещин в стали У10А после термической обработки и МИО

Закалка, 850 ° С вода

Закалка, 850 ° С вода + отпуск 150 ° С

Закалка, 850 ° С вода + отпуск 200 ° С

МИО 0,5 Гц, 4 мин., 42МА/м

МИО 1 Гц, 4 мин., 42МА/м

МИО 5 Гц, 4 мин., 42МА/м

МИО 10 Гц, 4 мин., 42МА/

Твердость по Виккерсу стали У10А после МИО

Время после МИО

0,5 Гц, 4 мин., 42МА/м

1 Гц, 4 мин., 42МА/м

5 Гц, 4 мин., 42МА/м

10 Гц, 4 мин., 42МА/м

Из табл. 4-6 видно, что при указанных режимах МИО в инструментальной стали У10А повышается твердость, при этом также растет нагрузка образования трещин.

Данные, полученные авторами [20] согласуются с описанными выше [19] результатами: после МИО с энергией импульса

Дж средние значения микротвердости образцов из стали ШХ15 увеличились на 40-50 % при глубине упрочненного слоя 80-100 мкм [20]. Прочность на разрушение повысилась на 20 %.

По мнению авторов [20], интенсивность взаимодействия магнитного импульсного поля с веществом зависит от степени структурной и энергетической неоднородности материала. Полагают, что вокруг кристаллов напряженных блоков и неоднородностей структуры металла происходит концентрация микровихрей магнитного поля, и, как следствие, нагрев этих участков, что ведет к выравниванию структуры, изменению физических и механических свойств металла.

Полученные в [19] результаты согласуются с полученными нами результатами для сплава сендаст: после магнитно-импульсной обработки при Н≤100 кА/м количеством 10 импульсов нагрузка появления трещин возрастает, при этом микротвердость также увеличивается.

В работе [21] показана возможность увеличения статической и усталостной прочности, залечивания пор давлением с помощью обработки магнитными импульсами. Отмечено, что смыкание пор зависит от импульса силы, величины переданной в систему механической энергии и характера нагружения. При этом характер зависимостей импульса давления от амплитуды нагрузки одинаков для дефектов различных форм и размеров.

В работе [22] определяли эффективные режимы обработки метчиков М5 и М10 при воздействии постоянного магнитного поля напряженностью Н

65–70 кА/м, с параметрами: = 540–560°C, = 0,25–4,0 ч. В производственных условиях получено повышение износостойкости метчиков в 2,2 – 2,8 раза (табл.6).

Зависимость изменения износостойкости (в условных единицах) метчиков М8 из стали Р6М5К5 от режимов их обработки в присутствии постоянного магнитного поля Н = 70 кА/м.

Механизм повышение износостойкости метчиков авторы связывают со следующими процессами: диффузионным перераспределением термодинамически активного углерода и примесей замещения в направлении приложенного магнитного поля; выделением из мартенсита и остаточного аустенита мелкодисперсных вторичных карбидов, которые, преимущественно располагаются по границам зерен и снижают активность дислокаций, препятствуя их перемещению; появлением двух видов мартенсита.

Опираясь на результаты [22], можно говорить об эффективности совмещения термической и магнитной обработок с целью достижения повышенного уровня эксплуатационных свойств.

В настоящее время интерес представляет химико-термическая обработка металлов и сплавов в электромагнитных полях. В работе [23] авторы предлагают способ ионного азотирования инструментальных сталей в скрещенных электрических и магнитных полях. Утверждается, что использование полей позволяет значительно увеличить энергию ионизированных частиц. В результате установлено, что воздействие ЭМП приводит к повышению микротвердости поверхности в

6 раз, увеличивается скорость роста упрочненного поверхностного слоя.

Технологии МИО могут быть использованы и с целью разупрочнения материала, например, в строительной, цементной, химической, пищевой, горной и других отраслях промышленности. В работе [24] авторы предлагают способ разупрочнения материалов кристаллической структуры, который предполагает воздействие основного и дополнительного ИМП. В работе предлагается способ, когда силовые линии дополнительного ИМП направлены под углом 30-90 ° к силовым линиям основного поля, длительность импульса составляет от 10 -2 до 10 -9 с. Достигаемый результат разупрочнения в данном случае связывают со следующим: внешнее магнитное поле воздействует на руду, содержащую магнитные зерна (магнетит) или минералы с пьезоэффектом (кварц), вызывая в этих зернах эффект магнитострикции и (или) пьезострикции. Также из-за неоднородности свойств материалов, входящих в состав минерала, и наличия воды в микропорах, на границах зерен возникают напряжения. То есть, по всему объему материала (руды) возникают растягивающие и сдвиговые напряжения, приводящие к разрушению материала.

1. Приведенный обзор литературных источников свидетельствует о сложности и многоплановости воздействия ЭМП на различные материалы.

2. Возникающие макроскопические эффекты воздействия ЭМП являются результатом влияния на все структурные и иерархические уровни материала.

3. ЭМП вызывает изменение свойств материалов различной магнитной природы, что позволяет использовать обработку в МП для модификации как магнитных, так и немагнитных материалов.

4. Регулирование и подбор режимов обработки в ЭМП позволяет решать конкретные научные и производственные задачи, получать заданный комплекс свойств.

  1. Головин Ю.И. Электромагнитные аспекты физики прочности и пластичности твердых тел // Вестник Тамбовского Университета. Сер. Естественные и технические науки. 1996. Т.1, вып. 1. С. 3-20 .
  2. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Перкалина Т.М., Урусовская А.А. О движении дислокаций в кристаллах NaCl под действием постоянного магнитного поля // Физика твердого тела. 1987. Т. 29, № 2. С. 467-470.
  3. Головин Ю.И. Магнитопластичность твердых тел (Обзор) // Физика твердого тела. 2004. Т.46, № 5. С. 769-803.
  4. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Петржик Е.А. « In situ » изучение магнитопластического эффекта в кристаллах NaCl методом непрерывного травления // Физика твердого тела. 1991. Т. 33, № 10. С. 3001-3010.
  5. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Петржик Е.А. Магнитопластический эффект в кристаллах CsL и LiF // Физика твердого тела. 1993. Т. 35, № 2. С. 320-322.
  6. Головин Ю.И., Моргунов Р.Б., Жуликов С.Е. Роль внутренних механических напряжений в магнито-стимулированном движении дислокаций // Кристаллография. 1998. Т. 43, № 4. С. 689-693.
  7. Пинчук А.И., Шаврей С.Д. Магнитопластический эффект в случае двойникования кристаллов висмута под действием сосредоточенной нагрузки // Физика твердого тела. 2001. Т.43, № 1. С. 39-41.
  8. Загуляев Д.В. Влияние слабых магнитных полей на микротвердость и ползучесть алюминия: дисс. … канд. техн. наук. Новокузнецк , 2011. 146 с.
  9. Бернштейн М.Л. Термомеханико-магнитная обработка металлов и сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1960. № 10. С. 31-36.
  10. Садовский В.Д. Магнитное поле и фазовые превращения в стали // Металловедение и термическая обработка металлов. 1965. № 7. С. 16-18.
  11. Эстрин Э.И. Влияние магнитного поля на мартенситное превращение // Физика металлов и металловедение. 1965. Т. 19, № 6. С. 929-932.
  12. Кривоглаз М.А., Садовский В.Д. О влиянии сильных магнитных полей на фазовые переходы // Физика металлов и металловедение. 1964. Т. 18, №. 4. С. 502-505.
  13. Калетина Ю.В. Фазовые и структурные превращения в легированных сталях и сплавах под действием магнитного поля и термической обработки : дисс. … док. техн. наук. Екатеринбург , 2009. 319 с.
  14. Столяренко А.И., Нечаев Е.П. О свойствах металлов после термомагнитной обработки импульсными магнитными полями до 36 МА/м // Вестник Тамбовского Университета. Сер. Естественные и технические науки. 2010. Т.15, вып.3, ч. 1. С. 1074-1076.
  15. Делюсто Л.Г. Основы прокатки металлов в постоянных магнитных полях. М.: Машиностроение, 2005. 272 с.
  16. Берман А.В., Первов К.М., Коровин С.К., Баранов А.П. Ватулин Я.С. Экспериментальные исследования магнитно-импульсной обработки деталей горного оборудования и породоразрушающего инструмента // Известия ТулГУ. Технические науки. 2009. Вып. 2, ч. 2. С. 12-17.
  17. Овчаренко А.Г., Козлюк А.Ю. Повышение износостойкости деталей комбинированной магнитно-импульсной обработкой // Обработка металлов: технология, оборудование, инструменты. 2006. № 2. С. 24-26.
  18. Комшина А.В., Помельникова А.С., Шипко М.Н. Влияние импульсных магнитных полей на микротвердость ферро- и парамагнитных сплавов // II международная конференция «Инновационная деятельность предприятий по исследованию, обработке и получению современных материалов и сплавов» (Орск, 24-25 ноября 2011г.): тез. докл. Орск, 2011. С. 384-390.
  19. Воробьев Р.А. Структурные превращения и физико-механические свойства инструментальных и пружинных сталей при магнитно-импульсном воздействии : автореф. дисс. … канд. техн. наук. Нижний Новгород, 2011. 18 с.
  20. Алифанов А.В. Магнитно-импульсная упрочняющая обработка металлических изделий // Технология ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки : материалы 10 Междунар. науч.-практ. конф. (Санкт-Петербург, 10-13 апреля 2007). Ч. 1. СПб., 2007. С. 9-15.
  21. Курлаев Н.В., Гулидов А.И., Рынгач Н.А. Экспериментальные исследования измененеия прочностных свойств и структуры материалов при обработке импульсным магнитным полем // Сборник научных трудов НГТУ. 2004. № 4 (38). С. 75-82
  22. Пудов В.И., Соболев А.С., Драгошанский Ю.Н. Модифицирование изделий из инструментальной стали // Сборник статей 51 Международной конференции «Актуальные проблемы прочности». Харьков, 2011. С. 48-50 .
  23. Рамазанов К.Н., Будилов В.В., Вафин Р.К. Азотирование быстрорежущей стали Р6М5 в тлеющем разряде с наложением магнитного поля // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. № 5. С. 39-42.
  24. Ананьев П.П., Гончаров С.А., Бельченко Е.Л., Ступников В.П., Осташевский А.А., Тер-Гукасов И.А., Морозов В.А., Боцва С.И. Способ разупрочнения материалов кристаллической структуры и устройство для его осуществления : пат. ЕА 003853В1 : МПК B 02C 19/18 E 21C 37/18 C 22B 3/22 ; заявл. 28.12.2001; опубл.30.10.2003.

Теория магнитного поля и интересные факты о магнитном поле Земли

Давайте вместе разбираться в том, что такое магнитное поле. Ведь многие люди живут в этом поле всю жизнь и даже не задумываются о нем. Пора это исправить!

Магнитное поле

Магнитное поле – особый вид материи. Оно проявляется в действии на движущиеся электрические заряды и тела, которые обладают собственным магнитным моментом (постоянные магниты).

Важно: на неподвижные заряды магнитное поле не действует! Создается магнитное поле также движущимися электрическими зарядами, либо изменяющимся во времени электрическим полем, либо магнитными моментами электронов в атомах. То есть любой провод, по которому течет ток, становится также и магнитом!

Магнит — тело, обладающее собственным магнитным полем.

У магнита есть полюса, называемые северным и южным. Обозначения «северный» и «южный» даны лишь для удобства (как «плюс» и «минус» в электричестве).

Магнитное поле изображается посредством силовых магнитных линий. Силовые линии непрерывны и замкнуты, а их направление всегда совпадает с направлением действия сил поля. Если вокруг постоянного магнита рассыпать металлическую стружку, частицы металла покажут наглядную картину силовых линий магнитного поля, выходящих из северного и входящих в южный полюс. Графическая характеристика магнитного поля — силовые линии.

Картина магнитного поля

Характеристики магнитного поля

Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция, магнитный поток и магнитная проницаемость. Но давайте обо всем по порядку.

Сразу отметим, что все единицы измерения приводятся в системе СИ.

Магнитная индукция B – векторная физическая величина, являющаяся основной силовой характеристикой магнитного поля. Обозначается буквой B. Единица измерения магнитной индукции – Тесла (Тл).

Магнитная индукция показывает, насколько сильно поле, определяя силу, с которой оно действует на заряд. Данная сила называется силой Лоренца.

Здесь q — заряд, v — его скорость в магнитном поле, B — индукция, F — сила Лоренца, с которой поле действует на заряд.

Магнитный поток Ф – физическая величина, равная произведению магнитной индукции на площадь контура и косинус между вектором индукции и нормалью к плоскости контура, через который проходит поток. Магнитный поток — скалярная характеристика магнитного поля.

Можно сказать, что магнитный поток характеризует количество линий магнитной индукции, пронизывающих единицу площади. Магнитный поток измеряется в Веберах (Вб).

Магнитная проницаемость – коэффициент, определяющий магнитные свойства среды. Одним из параметров, от которых зависит магнитная индукция поля, является магнитная проницаемость.

Магнитное поле Земли

Наша планета на протяжении нескольких миллиардов лет является огромным магнитом. Индукция магнитного поля Земли изменяется в зависимости от координат. На экваторе она равна примерно 3,1 на 10 в минус пятой степени Тесла. К тому же существуют магнитные аномалии, где значение и направление поля существенно отличаются от соседних областей. Одни из самых крупных магнитных аномалий на планете — Курская и Бразильская магнитные аномалии.

Происхождение магнитного поля Земли до сих пор остается загадкой для ученых. Предполагается, что источником поля является жидкое металлическое ядро Земли. Ядро движется, значит, движется расплавленный железо-никелевый сплав, а движение заряженных частиц – это и есть электрический ток, порождающий магнитное поле. Проблема в том, что эта теория (геодинамо) не объясняет того, как поле сохраняется устойчивым.

Магнитное поле земли

Земля – огромный магнитный диполь. Магнитные полюса не совпадают с географическими, хотя и находятся в непосредственной близости. Более того, магнитные полюса Земли движутся. Их смещение регистрируется с 1885 года. Например, за последние сто лет магнитный полюс в Южном полушарии сместился почти на 900 километров и сейчас находится в Южном океане. Полюс арктического полушария движется через Северный Ледовитый океан к Восточно-Сибирской магнитной аномалии, скорость его передвижения (по данным 2004 года) составила около 60 километров в год. Сейчас наблюдается ускорение движения полюсов — в среднем скорость растет на 3 километра в год.

Каково значение магнитного поля Земли для нас? В первую очередь магнитное поле Земли защищает планету от космических лучей и солнечного ветра. Заряженные частицы из далекого космоса не падают прямо на землю, а отклоняются гигантским магнитом и движутся вдоль его силовых линий. Таким образом, все живое оказывается защищенным от пагубной радиации.

Магнитное поле Земли

За историю Земли происходило несколько инверсий (смен) магнитных полюсов. Инверсия полюсов – это когда они меняются местами. Последний раз это явление произошло около 800 тысяч лет назад, а всего геомагнитных инверсий в истории Земли было более 400. Некоторые ученые полагают, что с учетом наблюдающегося ускорения движения магнитных полюсов следующей инверсии полюсов следует ожидать в ближайшие пару тысяч лет.

К счастью, в нашем веке смены полюсов пока не ожидается. А значит, можно думать о приятном и наслаждаться жизнью в старом добром постоянном поле Земли, рассмотрев основные свойства и характеристики магнитного поля. А чтобы Вы могли это делать, существуют наши авторы, которым можно с уверенностью в успехе поручить часть учебных хлопот! Курсовая работа международное и национальное право и другие типы работ вы можете заказать по ссылке.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА.

1. Основные характеристики магнитного поля.

Вид материи, посредством которого осуществляется взаимодействие токов, называется магнитным полем. Как обнаружил в 1820г. Эрстед, поле, созданное током, оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку, поэтому его и назвали магнитным.

Для исследования магнитного поля применяют пробный ток, циркулирующий в плоском замкнутом контуре (рамке с током) очень малых размеров. Поле оказывает на контур ориентирующее действие, устанавливая его в определённом положении. На контур с током в магнитном поле действует момент силы M, поворачивающий его и зависящий от ряда факторов, в том числе и от ориентации рамки. Максимальное значение Mmax зависит от силы тока I, протекающего в контуре, и площади S, охватываемой контуром.

Эту зависимость используют для введения силовой характеристики магнитного поля – вектора магнитной индукции . Магнитная индукция B в некоторой точке поля равна отношению максимального вращающего момента Mmax, действующего на контур с током в однородном магнитном поле, к силе тока, протекающей по нему, и площади, охватываемой контуром:

Направление вектора определяется по правилу правого винта (правило буравчика). Единицей магнитной индукции в СИ является Тесла (Тл): . Величину Pm=I·S называют магнитным моментом контура с током.

Магнитный момент – векторная величина. Вектор совпадает по направлению с направлением вектора (рис.1).

Магнитное поле графически изображают с помощью линий магнитной индукции, касательные к которым показывают направление вектора . Число линий, проходящих через единичную, перпендикулярно им расположенную площадку, равно модулю . Линии магнитной индукции не имеют начала и конца и являются замкнутыми. Подобные поля называются вихревыми.

Рассмотрим некоторую площадку S в однородном магнитном поле с индукцией B (рис.2). Величина Ф=Вn·S называется магнитным потоком. Bn – проекция вектора на направление нормали : , тогда . (2)

Единицей магнитного потока является Вебер (Вб): 1Вб=1Тл·м 2 .

Воздействие магнитного поля на виток с током зависит, при прочих равных условиях, от свойств среды, в которую помещён виток. Это можно объяснить тем, что среде можно приписать некоторое собственное магнитное поле . Тогда результирующее магнитное поле в веществе равно векторной сумме индукций внешнего поля и внутреннего — :

Отношение (4) называют относительной магнитной проницаемостью среды. Она показывает во сколько раз магнитная индукция в среде отличается от магнитной индукции в вакууме. μ – величина безразмерная.

Во многих случаях для однородного магнитного поля величина пропорциональна индукции внешнего поля B, т.е.

Каждый электрик должен знать:  Конструктивные особенности и преимущества ОНС

где χ – коэффициент пропорциональности, называемый магнитной восприимчивостью вещества (это безразмерная величина).

Подставив (4) и (5) в выражение (3), получим:

Наряду с вектором вводят вспомогательный вектор , называемый напряжённостью магнитного поля.

где — постоянный коэффициент, называемый магнитной постоянной, которая в системе СИ имеет значение равное 4π·10 -7 Н/А. Напряжённость тоже является силовой характеристикой поля, но уже не зависящей от свойств среды. Единицей измерения напряжённости в системе СИ является Ампер на метр (А/м).

Магнитное поле способно отклонять проводник с током, смещать заряды, выталкивать или втягивать вещество, т.е. оно обладает запасом энергии, которую можно выразить через характеристики магнитного поля:

где — объёмная плотность энергии магнитного поля. Это энергия магнитного поля, выделенная в единице объёма среды.

2. Магнитные свойства вещества.

Чтобы понять природу магнетизма, необходимо рассмотреть магнитные свойства микрочастиц. Магнетизм атомов порождается тремя причинами: а) существованием у электрона спинового магнитного момента; б) орбитального магнитного момента; в) магнитным моментом ядер.

Рассмотрим магнитные характеристики электронов, ядер, атомов, молекул, а также поведение этих структур в магнитном поле.

Будем считать, что электрон в атоме вращается равномерно вокруг ядра со скоростью J по круговой орбите радиуса r (рис.3). Это движение аналогично круговому току и характеризуется орбитальным магнитным моментом Pорб. Сила тока, соответствующая движению электрона, который вращается с частотой n, равна I=en, где e – заряд электрона. Учитывая, что , можно записать: . Тогда орбитальный магнитный момент: . (9)

Вращающийся электрон имеет также момент импульса или орбитальный механический момент (рис.3):

Отношение Pорб к Lорб называют магнитомеханическим отношением – Gорб:

Это выражение не зависит ни от скорости, ни от частоты и представлено постоянными величинами e и me.

Кроме орбитального механического момента электрон обладает собственным моментом импульса, обусловленным собственным вращением электрона вокруг своей оси. Он получил название спин – LeS: , где h – постоянная Планка (знак ± означает, что он может быть ориентирован в двух направлениях – вдоль поля и против него). Спину соответствует собственный спиновый магнитный момент PmS. Величина спинового магнитного момента является определяющим параметром, характеризующим магнитные свойства атомов, молекул и в целом вещества. Было выяснено, что спиновое магнитномеханическое отношение вдвое больше орбитального:

Откуда . Эту величину, состоящую из постоянных, называют магнетоном Бора — mБ: . Следовательно, собственный спиновый магнитный момент электрона равен одному магнетону Бора.

Магнитные моменты атомов слагаются из орбитальных и собственных моментов входящих в его состав электронов, а также из магнитных моментов ядер. Магнитный момент ядер во много раз меньше магнитных моментов электронов, поэтому при рассмотрении многих вопросов им можно пренебречь.

При помещении веществ в магнитное поле они сами становятся источниками такого поля – иначе вещества намагничиваются. В этом смысле все вещества называются магнетиками. Магнетики делятся на три основных класса: парамагнетики, диамагнетики и ферромагнетики.

Степень намагничивания вещества характеризуется величиной называемой намагниченностью — (векторная величина). Среднее значение вектора намагниченности равно отношению суммарного магнитного момента всех частиц N, расположенных в объёме магнетика V, к этому объёму:

Единицей намагниченности служит Ампер на метр (А/м).

Как показывает опыт, вектор связан с вектором соотношением:

Чем больше магнитная восприимчивость вещества, тем более намагниченным будет вещество при заданном внешнем поле.

Рассмотрим природу магнетизма вещества.

Молекулы парамагнетиков имеют отличные от нуля магнитные моменты. При отсутствии магнитного поля эти моменты расположены хаотически и намагниченность равна нулю. При внесении парамагнитного образца в магнитное поле магнитные моменты молекул
ориентируются предпочтительно по направлению , в результате чего . На рис.4 схематично показаны молекулы парамагнетика при отсутствии магнитного поля и в поле. Магнитное поле парамагнетиков усиливает внешнее магнитное поле. Для них величина c невелика (10 -4 – 10 -6 ) и положительна (c>0), а m>1. К парамагнетикам относятся алюминий, кислород, молибден, водные растворы металлов, щелочные и щелочноземельные металлы, эбонит, воздух и т.д.

Для некоторых веществ при определённой взаимной ориентации орбит, а также когда все электроны являются спаренными (с противоположными по знаку спинами) может иметь место, что магнитный момент атома (или молекулы) будет равняться в целом нулю. Такие вещества называются диамагнитными (или диамагнетиками). На рис.5 схематично показаны молекулы диамагнетика при отсутствии магнитного поля и в поле. Намагниченность диамагнетиков направлена противоположно магнитной индукции внешнего поля и уменьшает её. У диамагнетиков величина c мала (10 -4 –10 -6 ) и отрицательная (c >1. К ферромагнетикам относятся железо, сталь, никель, кобальт и многие сплавы.

Ткани организма подобно воде в значительной степени диамагнетики. Однако в организме имеются и парамагнитные вещества, молекулы и ионы. Ферромагнитных частиц в организме нет.

3. Действие магнитных полей на живые организмы.

Магнитное поле оказывает воздействие на биологические системы, которые в нём находятся. Это воздействие изучает раздел биофизики, называемый магнитобиологией.

Человек, животные, растения постоянно находятся в магнитном поле Земли. Накоплено достаточно фактов, говорящих о том, что постоянное геомагнитное поле оказывает самое разнообразное влияние на развитие животного и растительного мира. Давно обнаружено, что животные при свободном перемещении ориентируются по силовым линиям магнитного поля Земли. Было установлено, что от того, как располагаются в почве семена растений относительно линий магнитной индукции, изменяется процесс их прорастания.

Опыты показали, что многие организмы способны различать интенсивность магнитного поля и ощущать направление, по которому магнитные силовые линии проходят через их тело. У растений и животных, помещённых в среду, экранированную от геомагнитного поля, наблюдались признаки ненормального развития, а у человека, помещённого кратковременно в немагнитную среду, изменяется реакция центральной нервной системы.

Индукция магнитного поля Земли в целом невелика. На поверхности Земли вертикальная составляющая МП достигает максимального значения на магнитных полюсах (67 мкТл) и равна нулю на магнитном экваторе. Горизонтальная компонента максимальна на магнитном экваторе (33 мкТл) и равна нулю на магнитных полюсах.

Геомагнитное поле непостоянно и колеблется по суткам, месяцам и годам. Причиной этому являются процессы, возникающие на Солнце, которые приводят к резкому возрастанию магнитного поля в верхних слоях атмосферы, что вызывает изменение суммарного единого поля Земли. Это явление называется магнитной бурей. Такие бури чаще всего бывают в те годы, которые соответствуют 11-летним циклам активности Солнца.

А.П. Чижевский и другие исследователи на основе статистических данных, полученных за много лет, обратили внимание на связь магнитных бурь и вспышек эпидемий чумы, холеры, дифтерии, гриппа, менингита.

В период солнечной активности возрастает размножение и токсичность ряда болезнетворных бактерий, повышается скорость свёртывания крови и число лимфоцитов.

Кроме естественных магнитных полей человек подвергается воздействию магнитных полей от технических установок и приборов в быту, на производстве, транспорте. Современная техника насыщает окружающую нас среду мощными магнитными полями, интенсивность которых в тысячи и миллионы раз превосходят интенсивность геомагнитного поля.

Каково действие этих полей на живые существа? Этими вопросами занимаются сегодня и физики и медики. Учёными установлен предел воздействия допустимых магнитных полей. Исследования позволили сделать вывод, указывающий на отсутствие каких-либо отрицательных последствий для здоровья человека от воздействия постоянного магнитного поля до 2 Тл. Экспериментальные данные предполагают, что кратковременное воздействие постоянного МП более 5 Тл может оказать существенное отрицательное влияние на здоровье человека.

Кроме воздействия постоянного магнитного поля человек подвергается действию переменных магнитных полей низкой частоты. Считается, что могут представлять опасность для здоровья такие поля с индукцией поля 50 мТл при частоте 50-60 Гц.

В настоящее время установлено несколько физических механизмов, путём которых постоянные магнитные поля (ПМП), переменные магнитные поля низкой частоты (ПеМП) и пульсирующие магнитные поля (ПуМП) взаимодействуют с живым веществом.

Одним из механизмов является изменение ориентации макромолекул под действием МП. Известно, что во всяком живом организме имеются атомы с нескомпенсированными магнитными моментами. Они могут быть в организме и в виде радикалов, и в виде железосодержащих соединений. Железо содержится в гемоглобине, в дыхательных ферментах, в составе мышечного белка. Эти магнитные атомы будут в магнитном поле ориентироваться в определённом направлении. Следует однако заметить, что эта ориентация может быть разрушена тепловым движением и магнитный эффект окажется незначительным. Ориентируются магнитным полем и большинство органических молекул, которые являются диамагнитными. В больших молекулах индуцированный магнитный момент может быть значительным. Однако, в вязкой среде, которой является биологическая жидкость, ориентация происходит очень медленно и магнитобиологический эффект окажется ничтожным. Изменение ориентации биологически активных молекул в растворах может отражаться на кинетике биохимических реакций и на проницаемости биомембран.

Следующим механизмом, который может дать ощутимый эффект, является взаимодействие биотоков живых организмов с сильным МП. Во всех живых системах, тканях и органах циркулируют биотоки. Например, при прохождении электрических импульсов по нервным волокнам на них в МП действует сила Ампера, под влиянием которой волокно смещается и изгибается. При смещении в нём появляется ток самоиндукции, тормозящий по закону Ленца распространение импульса по волокну и тем самым искажающий форму импульса. Кроме того, следует учитывать возможность резонанса между частотой биотоков и частотой возбуждённых полем механических колебаний. При таком резонансе заметные биологические эффекты могут возникнуть уже в слабых полях.

Ещё одним важным механизмом является магнитогидродинамическое торможение циркуляции проводящих жидкостей в организме, в том числе крови. Сущность явления состоит в том, что в биологических жидкостях, представляющих собой растворы электролитов, при движении в ПМП возникают индукционные токи, которые по закону Ленца тормозят движение проводника. Для торможения кровотока у человека на 0,1% нужно поле не мене 200 мТл.

Существуют попытки объяснить биологическое действие МП его влиянием на воду, входящую в состав живых организмов. Некоторые физико-химические свойства воды в МП изменяются. При индукции в 100 мТл несколько меняется поверхностное натяжение, диэлектрическая проницаемость, кислотность. Однако, под “водой” в этих случаях понимают жидкость, в которой кроме молекул H2O присутствуют растворённые в ней вещества и именно на эти вещества (на их растворимость, гидратацию и прочее) может оказать влияние МП.

Следует остановиться на механизмах действия ПеМП. При их использовании, кроме диамагнитного и парамагнитного взаимодействия, происходит взаимодействие биосистем с переменным электрическим полем, которое возникает при любом изменении магнитного поля. Поскольку в тканях имеются свободные заряды, ионы или электроны, то индуцированное электрическое поле вызовет их движение. Этот ток и будет оказывать многообразные биологические действия.

Существуют и другие гипотезы о механизмах действия МП, однако чисто физически объяснить действие МП на живой организм очень трудно, и хотя магнитные поля и применяют в медицине, механизм их действия ещё во многом не ясен.

4. Использование магнитных полей в медицине.

Токи, генерируемые клетками сердца и корой головного мозга, создают магнитное поле тела человека. Оно исключительно мало, в 10 6 – 10 7 раз слабее магнитного поля Земли. Для его измерения используют прибор называемый квантовым магнитометром.

Различают два способа исследования поля сердца:

1) измерение магнитокардиограмм (МКГ);

2) построение динамической магнитной карты (ДМК).

В первом случае измерение проводят в какой-то одной точке над сердцем, в результате получают зависимость величины магнитного поля от времени, зачастую совпадающую по форме с ЭКГ. Чтобы построить ДМК, необходим набор измерений МКГ в разных точках над сердцем. Каждая ДМК соответствует определённой фазе сердечного цикла.

Использование этих методов в клиниках показало возможность выявления начала сердечных заболеваний значительно раньше, чем это делается с помощью ЭКГ. В отличие от ЭКГ это бесконтактный метод.

Создан прибор и для измерения магнитных полей мозга человека. Магнитоэнцефалограммы (МЭГ), снимаемые этим прибором, существенно дополняют ЭЭГ.

Магнитотерапия – это применение в лечебно-профилактических целях постоянных, низкочастотных переменных и пульсирующих магнитных полей.

Постоянное магнитное поле в данной точке пространства не изменяется со временем ни по величине, ни по направлению. Его получают с помощью индукторов – электромагнитов, или постоянных магнитов.

Сильные постоянные магниты применяют в медицине для удаления мелких ферромагнитных тел (металлические опилки и пр.) из глаз и из открытых ран, для чего промышленность выпускает магниты с наконечниками специальной формы.

Промышленность также выпускает магнитофорные аппликаторы (греч. форос – несущий), изготовленные из смеси полимерных веществ (каучук, смолы) и намагниченных порошкообразных ферромагнитных наполнителей. Литьём или штамповкой получают листы необходимой формы с магнитной индукцией на поверхности (15-40)мТл. Аппликаторы эластичны, их можно накладывать на любой участок тела и они удобны в гигиеническом отношении. Магнитофорные аппликаторы оказывают некоторое обезболивающее, противовоспалительное действие и способствуют улучшению кровообращения.

Электромагниты используются в аппаратах: “Полюс-1”, “Полюс-2”, “Полюс101” и др. Эти же аппараты можно использовать и для получения переменного магнитного поля (ПеМП), которое изменяется со временем и по величине и по направлению. Индукторы при этом питаются переменным электрическим током.

Пульсирующее магнитное поле изменяется со временем по величине, но постоянно по направлению. Индукторы питаются в этом случае пульсирующим током.

ПеМП и ПуМП действуют на организм возбуждающе, усиливают обман веществ в тканях, очень чувствительна к их действию центральная нервная и сердечно-сосудистая системы. Их действие используют при лечении воспалительных заболеваний внутренних органов, для ускорения сращивания костных переломов. Они эффективно действуют на вялозаживающие раны.

Следует отметить, что действие МП на организм отличается от влияния других физических факторов рядом особенностей. Так, например, реакция организма на применение МП характеризуется разнообразием и неустойчивостью, которые определяются различиями в индивидуальной чувствительности к ним как организма в целом, так и отдельных его систем, органов и тканей.

Дата добавления: 2015-09-19 ; просмотров: 2298 . Нарушение авторских прав

Энергосберегающая технология очистки бытовых и промышленных сточных вод микродуговой обработкой во вращающихся магнитных полях

Инновационная энергосберегающая технология очистки сточных базируется на применении оборудования для микродуговой обработки во вращающихся магнитных полях или установок активации процессов.

Для получения вращающегося поля не требуется много энергии. Она тратится в основном на вращение рабочих тел, которые и являются источниками ударных волн и генераторами других эффектов, а также интенсивного вращательного движения в рабочей зоне.

Рабочая зона оборудования — это труба, установленная на индукторе, генерирующего вращающееся электромагнитное поле. В ней размещаются ферромагнитные элементы (иголки), которые под воздействием поля вращаются со скоростью, близкой к скорости вращения магнитного поля и одновременно перемещаются по рабочей зоне.

Внешний вид рабочей зоны аппарата для микродуговой обработки во вращающихся магнитных полях

Рабочие элементы совершают колебания относительно вектора напряженности магнитного поля, достигающее нескольких тысяч периодов в секунду. На короткое время образуются электрические цепи, в которых возникают сильные токи. При разрыве таких цепей образуется большое количество микродуг, которое образуют «квазиплазменное облако».

Каждый рабочий элемент (иголка) во вращающемся магнитном поле является ярко выраженным магнитом. При ее вращении происходит смена полярности на полюсах иголки, т.е. она перемагничивается, что влечет за собой изменение линейных размеров иголок, которые происходят с очень высокими скоростями. В результате по окружающей среде наносится удар с силой около 150 тн/мм 2 , действующий на очень малом расстоянии.

Таким образом, при своем движении иголка как бы непрерывно излучает силовые импульсы и микродуги, выдержать которые при непосредственном контакте не могут практически никакие материалы. В жидкой среде расстояние воздействия этих импульсов увеличивается в несколько раз.

Облако, образованное наложение микродуг, возникаемых при взаимодействии рабочих ферромагнитных тел (иголок)

Применяемые в оборудовании микродуговой обработки во вращающихся магнитных полях на сточные воды оказываются следующие воздействия:

• воздействие микродугами и электромагнитными полями;

• механическое воздействие на обрабатываемые вещества;

• гидродинамическое воздействие, выражающееся в больших сдвиговых напряжениях в жидкости, развитой турбулентности, пульсациях давления и скорости потока жидкости;

• гидроакустическое (в т.ч кавитационное) воздействие на жидкость осуществляется за счет мелкомасштабных пульсаций давления, интенсивной кавитации, ударных волн и вторичных нелинейных акустических эффектов;

Одновременное воздействие всех факторов позволяет перевести все процессы в рабочей зоне аппаратов в кинетический режим, который в отличие от диффузионного, свойственного для всех традиционных технологий, может управляться и активироваться, а технологиям — иметь высокую производительность.

В рабочей зоне аппаратов для микродуговой обработки сточных вод во вращающихся электромагнитных полях под воздействием псевдоплазменного облака и сочетания описанных выше факторов протекают электролитические процессы и идут следующие реакции:

— образование гидроокисей металлов из растворов;

— восстановление ряда соединений;

— уничтожение патогенной миклофлоры и микроорганизмов;

— ионизация воды с выделением ионов Н + и ОН — ;

— аномальное ускорение протекание химических реакций и др.

При обработке сточных вод аппаратами микродуговой обработки во вращающихся электромагнитных полях происходит ускоренное отделение и осаждение минеральной составляющей и тяжелых металлов, находящихся в стоках и других типах жидких отходов в виде неопасных гидроокислов, происходит обеззараживание воды. В этом случае патогенная микрофлора и микроорганизмы уничтожаются комплексно, за счет микродугового воздействия, магнитогидродинамических ударов, интенсивного вращения потока жидкой фазы и сильно ионизированной среды.

Очищенная вода соответствует санитарным нормам для воды, которая может применяться для технических целей (например, в технологических процессах для оборотного водоснабжения, для полива, для наполнения прудов с целью выращивания рыбы и т.п.). В этом случае патогенная микрофлора и микроорганизмы уничтожаются комплексно за счет микродугового воздействия, магнитогидродинамических ударов, интенсивного вращения потока жидкой фазы и сильно ионизированной среды.

Традиционные, применяемые в настоящее время, технологии обезвреживания пром- и бытовых стоков (например, биологическая очистка) используют многоступенчатые способы очистки: реагентную обработку, коагуляцию, флотацию, обработку озоном, а также фильтрацию и отстаивание. Поэтому обеспечивающее оборудование сложное, материало-, энергоемкое и стоит дорого. Эти технологии не предназначены для полной утилизации продуктов переработки стоков.

Предлагаемый технологический комплекс, включающий установку микродуговой обработки сточных вод во вращающихся магнитных полях, практически не имеют указанных недостатков и отличается существенно более высокой производительностью (в интервалах 5 — 10000 м.куб в час и более), в десятки раз меньшими габаритными размерами и металлоемкостью и относительно низким энергопотреблением более низкой стоимостью оборудования.

Для работы данной технологической линии для очистки сточных вод на основе процесса микродуговой обработки во вращающихся магнитных полях не требуется фундамент или специальные помещения. Она выполняется в мобильном варианте (помещается в контейнер) и перевозится на автоприцепе или трейлере.

Описание участка и технологического процесса с применением аппаратов микродуговой обработки во вращающихся магнитных полях

В рабочей зоне этих аппаратов для микродуговой обработки во вращающихся магнитных полях объединяется несколько процессов, которые осуществляются в традиционных линиях раздельно, например, восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного и образование гидроокисей всех тяжелых металлов. Кроме того частицы твердой фазы, выделенные из растворов, несмотря на очень малые размеры, оседают во много раз быстрее, чем частицы этих же веществ, полученных, например, в реакторах с мешалками. Идеальное и очень быстрое перемешивание всех компонентов, участвующих в процессах обезвреживания, и не зависящих от фазового состояния позволяет сократить расход добавок.

Указанные обстоятельства дают возможность сократить количество отстойников, реакторов, насосов, уменьшить их объемы, а следовательно — габариты и массу.

Аппаратурно-технологическая схема участка очистки промышленных стоков

1 — Сборник-усреднитель; 2,8 — Насос; 3 — Баки для добавок; 4,12 — Аппараты Plazer-RF;

5 — Промежуточная емкость; 6 — Отстойники; 7 — Сборник очищенной воды; 9,10 — Сборники шлама; 11- Баки-накопители добавок; 13 — Источник воды; 14 — Бункер для сыпучих материалов со шнековым питателем.

Промышленный участок работает в непрерывном режиме. Перед аппаратами в стоки добавляют реагенты — обычно это известковое молоко. Коагулянт можно подавать в промежуточную емкость 5 (рис. 1). В емкости 5 задерживаются крупные частицы. Далее взвесь оседает примерно за 2 часа в отстойниках 6 (рис.1), причем основная часть (до 95%) оседает в первые Основная часть тонкой мути состоит из Са(ОН)2. Исходя из этих данных следует выбирать количество, объем и тип отстойников.

Для глубокой очистки воды от мути требуется дополнительный отстойник или установить фильтр с плавающей загрузкой. Если в сточных водах много жиров, следует оборудовать отстойники флотирующими приставками. Также индивидуально осуществляется подбор реагентов.

В рабочей зоне аппаратов все реакции обезвреживания очень быстро доводятся до конца и из растворов выделяется твердая фаза. График работы отстойников определяется во время пуско-наладочных работ.

Промышленный участок включает две основных группы оборудования:

— основное — установка микродуговой обработки во вращающихся магнитных полях PLAZER—RF;

— вспомогательное — контейнер, емкости, отстойники, баки, насосы и другое.

В данном технологическом процессе также применяются стандартные недорогие расходные материалы (известь, коагулянты, и т.п.).

Внешний вид промышленного участка для микродуговой обработки во вращающихся магнитных полях.

Основной рабочий узел индуктора установки для микродуговой обработки во вращающихся магнитных полях PLAZER—RF;

Другие области применения технологии микродуговой обработки во вращающихся магнитных полях:

O Очистка бытовых сточных вод населенных пунктов с локальной и централизованной канализациями;

O Локальные компактные очистные сооружения гостиничных комплексов, офисных центров, санаториев, больниц, школ, спортивных комплексов;

O Локальные компактные очистные сооружения мясо- и молокозаводов, рыбоконсервных заводов, жиркомбинатов, животноводческих комплексов, птицефабрик, других предприятий пищевой и легкой промышленности;

O Очистка прудов для разведения рыб;

O Очистка промышленных стоков предприятий любого профиля, в том числе гальваношламов;

O Утилизация иловых осадков, ликвидация иловых полей;

O Очистка фильтрационных вод мусорных свалок и полигонов;

O Очистка ливневых сбросов;

O Очистка вод, содержащие нефтепродукты, в т.ч. нефтешламов.

Магниты и современная медицина

В настоящей статье мы попытались представить обзор различных возможностей использования магнитов и магнитных материалов в медицинских целях. Речь идет как о широко известных, хорошо зарекомендовавших себя областях применения, так и об инновационных. Данная статья ни в коем случае не может рассматриваться как руководство по применению тех или иных методик, она лишь предлагает широкому кругу читателей познакомиться с перспективами и проблемами использования магнитов в медицине, а, возможно, и принять участие в дальнейших исследованиях.

Магнитная терапия

В настоящее время трудно сказать, кто был тем человеком, кто первый начал использовать магниты в лечебных целях, и когда это было. История магнитной терапии – лечения человека и животных с помощью магнитного поля – насчитывает столетия.

Этот способ лечения давно сосуществует с традиционной медициной, хотя до сих пор среди ученых и практикующих врачей нет однозначного мнения о его действенности или бесполезности. Исследования продолжаются как в научных, так и в лечебных учреждениях, а применение продуктов магнитной терапии в мире продолжает возрастать. Все более развивающаяся индустрия производства магнитных браслетов, поясов, стелек, подтяжек, матрасов, и т. д. Косвенно свидетельствует о чудотворной силе всех этих продуктов. Мировой объем рынка продуктов магнитной терапии в настоящее время может быть оценен в сотни миллионов долларов ежегодно.

Множество научных и лечебных лабораторий и институтов США, Японии, Германии, Швеции занимаются проблемами магнитной терапии, но тема далека от закрытия.

Магнитные поля и тело человека

Влиянию электромагнитных полей на тело человека и животных посвящено великое множество статей, однако, в большинстве из них описаны эффекты, оказываемые полями радио- и микроволновой частоты или, в последние годы, промышленной частоты (50-60 Гц). Исследования биологических эффектов постоянных магнитных полей сконцентрированы на больших полях уровня полей в приборах MRI (магнитно-резонансные томографы), обычно составляющих несколько Тесла (несколько десятков тысяч Гаусс). К сожалению, исследования воздействия полей, типичных для продуктов магнитной терапии, большинство из которых ограничено несколькими сотнями Гаусс даже на поверхности магнита, весьма малочисленны. Тем не менее, основные механизмы воздействия магнитных полей на биологические организмы, позволяющие развивать магнитную терапию, известны. Эти механизмы включают в себя: 1) увеличение кровотока в результате возросшего содержания кислорода (оба эти явления лежат в основе способности организма к самовосстановлению); 2) изменение скорости миграции ионов кальция, в результате чего, с одной стороны, кальций быстрее поступает в сломанную кость, и она быстрее срастается, а с другой стороны, кальций быстрее вымывается из больного пораженного артритом сустава; 3) изменение кислотно-щелочного баланса (pH) различных жидкостей в теле человека и животных (дисбаланс часто является следствием болезни); 4) изменение выработки гормонов эндокринными железами; 5) изменение ферментной активности и скоростей различных биохимических процессов, 6) изменение вязкости крови.

Человеческое тело с магнитной точки зрения представляет собой инертный материал, каковым является его основное содержание – вода.

Под воздействием магнитного поля химическая структура воды не меняется, но изменяется морфология и сила сцепления ряда примесей. Как известно, при магнитной обработке воды кальциевые примеси (CaCO3) теряют способность выпадать в осадок в виде плотного камня и кристаллизуются в виде мелкодисперсной взвеси. При контакте воды, подвергшейся магнитной обработке, с уже выделившимися солями происходит их частичное растворение, а также разрушение до состояния мелкого легкоудаляемого шлама, который улавливается стандартными фильтрами очистки от механических примесей.

Магнитная обработка воды, таким образом, имеет безусловно техническое (защита котлов, трубопроводов, бойлеров и т.п.) значение, а не лечебное.

Это лишь подтверждает, что магнитное поле может влиять на процессы нуклиации в организме человека. В целом вода диамагнитна, т.е. слабо отталкивается магнитными полями. Под действием магнитного поля электроны молекул воды могут слегка корректировать свое движение, создавая при этом магнитное поле противоположного направления, примерно в 100,000 раз меньше приложенного. При удалении магнитного поля электроны возвращаются на свои первоначальные орбиты, и молекулы воды снова становятся немагнитными.

Известно, что многие покровители магнитной терапии предлагают к использованию в лечебных целях «намагниченную воду”, — вряд ли это возможно. Хотя вода и реагирует на приложенное поле, но эта реакция весьма слаба, к тому же она тут же практически пропадает, как только поле удаляется. Однако полностью отрицать возможность воздействия сильного магнитного поля на структуру молекул было бы также неправильным.

Каждый электрик должен знать:  Правильность прокладки электропроводки в деревянном доме

Диамагнетизм воды и большинства физиологических жидкостей очень слаб. Тем не менее, недавно была продемонстрирована магнитная левитация (парение) не только капель воды, но также цветков, кузнечиков и маленьких лягушек (Berry и Geim 1997) в очень сильном поле, производимом электромагнитом в 160,000 Гаусс (16 Тесла). Эти «летающие лягушки» были показаны в средствах массовой информации по всему миру, но они лишь подтверждают правило: большинство слабых магнитных полей, которые используются в устройствах магнитной терапии, могут вызывать лишь диамагнитные силы в тысячи раз слабее гравитационных.

Некоторые авторы утверждают также, что магнитные поля притягивают кровь, ссылаясь на железо, которое она содержит. Однако, железо крови очень сильно отличается от металлического железа, которое является сильным магнетиком благодаря кооперативным эффектам, объединяющим индивидуальные атомные магнитные моменты – явлению ферромагнетизма. Свойства ферромагнитного материала являются результатом совместного поведения многих магнитных атомов, действующих в унисон. Атомы железа в крови содержатся не изолированно, а входят в состав больших молекул гемоглобина, расположенных внутри красных кровяных телец. Хотя каждый из атомов железа магнитный, он находится на значительном удалении от остальных атомов, остается слабообменно связанным с другими атомами Fe, и, следовательно, в значительной мере магнитно-независимым.

Исследования влияния сильного статического магнитного поля на кровь человека проводились многократно с помощью таких методов, как ядерный магнитный резонанс (NMR), магнитная томография (MRI). Еще в 1936 году ученые Поулинг и Кориел сообщили о диамагнитной восприимчивости оксигемоглобина (т.е. обогащенной кислородом крови) и парамагнитной восприимчивости деоксигемоглобина (т.е. крови бедной кислородом). В ходе этих исследований удалось оценить, в частности, величину эффективных магнитных моментов комплекса Fe+2, который входит в состав гемоглобина крови человека. 10 лет назад (1993) Хигаши и соавторами исследовали ориентацию нормальных эритроцитов крови в сильном постоянном магнитном поле с максимальной величиной до 8 Тесла. Было обнаружено, что эритроциты ориентируются таким образом, чтобы плоскость их диска была параллельна направлению приложенного поля. Наконец, в 1997 году американские исследователи Хайк и Чен из Университета Флориды изучили различные аспекты воздействия сильных постоянных магнитных полей на кровь человека, а именно: на магнитную восприимчивость, магнитодвижущую силу и вязкость.

Магнитная восприимчивость крови измерялась с использованием СКВИД-магнетометра. Было обнаружено, что кровь ведет себя как диамагнитная жидкость, когда она обогащена кислородом (в артериях) и как парамагнитный материал, когда она обескислорожена (в венах). На рис. 1 и 2 представлены результаты измерения магнитной восприимчивости крови в артериях (1) и венах.

Применение магнитных полей в технологических целях

ООО «Перспективные магнитные технологии» предлагает широкий спектр услуг по разработке и изготовлению источников магнитного поля требуемой конфигурации на основе постоянных магнитов, а также электромагнитных.

  • расчет, конструирование и производство источников поля и других магнитных систем
  • применение магнитных материалов высшего качества
  • создание в системе постоянных магнитов полей высокой интенсивности, до 3 Тл и более
  • источники высокооднородного поля с однородностью до 10-4
  • создание магнитных полей сложной конфигурации
  • регулируемые источники поля, в том числе знакопеременного, на постоянных магнитах
  • сборка магнитных систем по техническому заданию заказчика
  • электромагнитные источники поля и блоки питания для электромагнитов

Копелиович Дмитрий Бенедиктович, к.ф.-м.н.

Тел: +7(495) 777-72-26

E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Магнитотерапия: показания и противопоказания, польза и вред, при остеохондрозе, для суставов, в гинекологии

Магнитотерапия – это группа методик альтернативной медицины, использующих действие магнитного поля на организм человека. Физиотерапевтическое воздействие магнитным полем оказывает лечебный и профилактический эффект в отношении широкой группы заболеваний. В данной статье мы рассмотрим показания и противопоказания к магнитотерапии, а также особенности лечения и оборудование для ее проведения.

Некоторые факты из истории магнитотерапии

  • Магнитный железняк впервые был обнаружен в старинном городе Магнесия, находившимся в Малой Азии. Отсюда и произошло название минерала.
  • Первое применение магниты нашли в компасах.
  • В записях Гиппократа и манускриптах египетских священников имеются сведения о способности магнитов оказывать противовоспалительное, слабительное и кровеостанавливающее действие.
  • Китайские целители восстанавливали баланс внутренней энергии Ци с помощью магнитов, прикладывая их к определенным точкам. Метод находит свое применение и сейчас.
  • Парацельс использовал магнитный железняк для лечения диареи, эпилепсии, а также для восстановления жизненных сил.
  • Австрийский врач Месмер занимался изучением влияния магнитного поля на организм. Полагалось, что магниты могу вылечить от заболеваний различной этиологии — пациентом прописывалось ношение браслетов, кулонов и поясов из минерала.
  • Клеопатра применяла магниты для сохранения молодости и красоты.
  • Тибетские монахи используют магниты для активации функции мозга.
  • В странах СНГ методика выделяется в отдельную категорию лечебных методик и широко применяется.
  • Магнитотерапия не получила распространения в США, не имеет доказательной базы, поэтому магниты для лечебных целей не используются.
  • Популярная методика лечения Су-Джок терапия также использует магниты для воздействия на точки соответствия.

Характеристики и эффекты магнитного поля

Магнитное поле бывает 2 типов: переменное (низко- и высокочастотное) и постоянное. Все магниты имеют 2 полюса – отрицательный и положительный, и каждый из них по-разному влияет на организм, позволяя достичь тех или иных эффектов.

Выделяют 2 большие группы магнитотерапии:

  • Местная – действие магнитного поля направлено на определенные части тела, т.е. локально;
  • Общая магнитотерапия – магнитные поля воздействуют на весь организм.

Эффекты при воздействии различных полюсов магнита

Северный полюс Южный полюс
  • Повышение внутреннего потенциала организма
  • Увеличение умственной активности и работоспособности
  • Повышение кислотности в организме
  • Ускорение роста и развития микрооранизмов. Поэтому процедура противопоказана при инфекционно-воспалительных процессах в острой стадии
  • Уменьшение болевого синдрома
  • Противовоспалительное действие
  • Прекращение развития и роста бактерий
  • Щелочное воздействие на организм, снижение кислотности
  • Успокаивающий эффект в отношении нервной системы
  • Разрушающий эффект в отношении жировых отложений
  • Кровоостанавливающее действие
  • Повышение эластичности сосудистой стенки

Как действует магнитотерапия

Воздействие магнитного поля на ткани и органы приводит к следующим положительным результатам:

  • улучшение обменных реакций, коррекция жирового обмена и, соответственно, уменьшение объемов тела;
  • улучшение способности гемоглобина крови переносить кислород к тканям, что приводит к насыщению кислородом органов и тканей;
  • сокращение лимфатических сосудов, способствующее детоксикации организма и выведению продуктов обмена;
  • ускорение выведения жидкости из тканей, приводящее к уменьшению отечности;
  • улучшение состояния кровеносных сосудов и нервных волокон.

Терапевтические эффекты магнитотерапии позволяют достичь следующих результатов:

  • Положительные изменения в течении заболеваний, связанных с нарушением иннервации и периферического кровообращения, таких как остеохондроз, сахарный диабет и др.
  • Ускорение разрешения заболеваний, сопровождающихся хроническим воспалением.
  • Ускорение заживления различных повреждений тканей – ожогов, травм, порезов.
  • Уменьшение болевого синдрома различного генеза – например, процедура показана для позвоночника при болях от остеохондроза.
  • Ускорение заживления тканей после проведенных хирургических операций.

Более всего магнитное поле воздействует на нервную ткань, поэтому самые значительные улучшения здоровья будут наблюдаться именно при заболеваниях нервной системы. Магнитотерапия также высоко эффективна для суставов при лечении крупных суставов: тазобедренного и коленного.

Приборы для проведения сеансов магнитотерапии

Для проведения процедур используются различные приборы:

  • стационарные аппараты ОМТ;
  • портативные приборы;
  • украшения с магнитами и магнитные аксессуары.

Каждый прибор имеет свои отличия, наделен конкретными функциями. Для поверхностных заболеваний удобнее и целесообразнее использовать портативные аппараты, которые являются мобильными. Более серьезные системные заболевания лечат при помощи стационарного оборудования. Украшения с магнитами показаны для поддержания здоровья, профилактики заболеваний и при незначительных патологиях.

Стационарные аппараты ОМТ

Медицинское оборудование имеет вид передвижной тумбы со встроенным в нее графическим дисплеем. Протокол лечебных процедур задается через компьютер, в памяти которого записано около 100 лечебных схем, и команда направляется на комплектующие и устройства аппарата. Регулировка частоты и мощности магнитного поля также задается через компьютер.

Дополнительная комплектация представлена:

  • локальными излучателями, фокусирующими действие магнитного поля на конкретные части организма;
  • соленоидами различных диаметров, применяемыми для воздействия на конечности;
  • магнитными поясами;
  • кушеткой с соленоидом подвижного типа, используемой для воздействие на все тело.

Соленоиды создают круговое магнитное поле.

Как проводится сеанс

Процедура не требует особенной подготовки. До сеанса пациенту рекомендуется выпить 1 стакан минеральной воды, способствующей очищению клеток в организме.

Человека укладывают на кушетку, оснащенную подвижным аппаратом с индукторами соленоида. Специальные магнитные пояса крепятся на участки тела, которые будут подвергаться воздействию. Это позволяет повысить концентрацию действия магнитного поля. После запуска протокола движущийся аппарат действует на ткани с помощью магнитного поля. Проникновение магнитных волн в ткани составляет около 4 см.

  • Около 40 программ, заложенных в компьютере, используются индивидуально, в зависимости от патологии.
  • Для достижения положительных результатов назначается курс процедур, состоящий из 10-15 сеансов с периодичностью дважды-трижды в неделю, продолжительностью от 15 до 60 мин.
  • Никакого дискомфорта и в целом ничего человек не ощущает, кроме незначительной вибрации в области наложения магнитных поясов.

Портативные (мобильные) приборы

Это переносные устройства, которые накладываются на конкретный участок тела. Мобильные приборы оказывают противоотечный, болеутоляющий, противовоспалительный, седативный эффекты и способствуют улучшению микроциркуляции крови. Рассмотрим наиболее популярные переносные аппараты.

«АМнп–01»

Предназначен для домашней магнитотерапии и позволяет пациентам самостоятельно проводить процедуры диагностики и лечения.

  • заболевания опорно-двигательной системы;
  • патологии венозной системы, включая варикоз;
  • заболевания кожи;
  • гипертоническая болезнь.
  • четыре режима работы;
  • генерация пульсирующих и переменных магнитных полей, что позволяет дозировать интенсивность на разных этапах лечения;
  • повышение эффективности лечения заболевания в целом;
  • ускорение восстановления организма;
  • возможность применения для лечения детей и ослабленных пациентов;

Аналогичные препараты имеют только 1 режим работы, что вызывает привыкание организма к действию магнитного поля.

Комплектация аппарата включает ремни для фиксации длиной 0,5-1,5 м, что позволяет пациентам самостоятельно проводить сеансы без сторонней помощи. Методика проведения процедуры проста и понятна, специальных знаний не требуется.

Терапевтический эффект от 1 сеанса сохраняется порядка 6 суток. Курсовое лечение позволяет сохранить лечебный эффект в течение 45 дней.

«Магофон-01»

Оказывает выраженный лечебный эффект с первых минут его применения, поскольку характеризуется виброакустическим колебанием уникального диапазона вкупе с магнитным полем (переменным, низкочастотным).

Применение показано при широком спектре заболеваний, среди которых:

  • патологии верхних дыхательных путей;
  • болезни ССС;
  • неврологические заболевания;
  • ЛОР-патологии;
  • стоматологические заболевания.
  • простота проведения процедуры;
  • более выраженное противоотечное и обезболивающее действие в отношении травм и патологий костно-мышечной системы по сравнению с аналогичными приборами;
  • хороший эффект при лечении негнойных гайморитов и вазомоторных ринитов.

«Алимп-1»

Оказывает лечебное воздействие при помощи импульсного магнитного поля. Применяется во всех сферах медицины.

  • патологии позвоночника и суставов (остеохондроз, артрозы);
  • болезни сердечно-сосудистой системы (сосудистые патологии, гипертензия);
  • сосудистые нарушения головного мозга;
  • периферические изменения нервной системы;
  • болезни женской половой сферы.

В комплекте имеются: электронный блок, селеноиды различного типа, руководство по эксплуатации.

«Алмаг-01»

Компактный прибор, излучающий импульсное бегущее магнитное поле, которое проникает глубоко в ткани. Используется для терапии более 50 заболеваний и травм опорно-двигательной системы.

Накладывают на следующие области:

  • позвоночник;
  • воротниковую зону;
  • поясничную часть;
  • области суставов.

Корпус блока снабжен 2 световыми индикаторами: зеленый загорается в момент включения, желтый – во время сеанса. В комплекте: электронный блок, снабженный четырьмя катушками, эластичный бинт, индикатор магнитного поля и инструкция.

Для получения должного терапевтического эффекта следует проводить курсовое лечение строго поп показаниям. Время сеанса при работе переносного аппарата составляет 6-20 минут, курс – 10-20 процедур.

Магнитные украшения

Магнитные украшения представлены широким ассортиментом – это и кольца, и браслеты, и серьги и многое другое. Магнитная бижутерия помогает справиться с такими состояниями, как артериальная гипо- и гипертензия, головная боль, нарушения кровообращения, дискомфорт при артрите, боли в спине, суставах, депрессия и повышенная утомляемость.

Аксессуары

В продаже можно встретить и другие аксессуары со встроенными магнитами, такие как стельки, пояса, повязки, аппликаторы, коврики, массажеры и даже расчески. Каждый аксессуар имеет свое предназначение и рекомендован при незначительных нарушениях в состоянии здоровья.

Показания к магнитотерапии и особенности процедуры

Магниты характеризуются высокоэффективным иммуномодулирующим эффектом, активизацией естественной внутриклеточной защиты. Магнитное поле ускоряет процессы регенерации тканей, оказывая противоотечное и противовоспалительное действие.

Перед началом лечения следует определить чувствительность человека к магнитным волнам, поскольку при ее отсутствии данная методика нецелесообразна.

Чувствительность к влиянию магнитного поля определяют следующим образом. Магнит прилаживают к центру ладони, и ждут реакцию:

  • пульсация в области магнита через 5 минут свидетельствует о высокой чувствительности к магнитному полю;
  • такие же ощущения, возникшие через 20 минут, говорят о средней чувствительности;
  • если никаких ощущений не наблюдается в течение получаса, то чувствительности к магнитному полю и вовсе нет.

Механизм воздействия магнитного поля заключается в следующем:

  • изменяется физико-химические характеристики клеток;
  • улучшается проницаемость клеточных мембран и сосудистой стенки;
  • изменяется концентрация гормонов и ферментов;
  • уменьшается уровень холестерина в крови;
  • снижается вязкость крови;
  • изменяется кислотно-щелочная среда организма;
  • активируются клеток Т-лимфоциты, которые уничтожают патологические и чужеродные клетки;
  • нормализуется обмен веществ.

Магнитотерапию используют для лечения патологий практически всех органов и систем, а также в профилактических целях и для восстановления после длительных заболеваний и операций. Магнитное поле проникает через одежду, косметику, гипс, что намного упрощает проведение процедуры.

Наименование системы Перечень заболеваний Механизм действия
Сердечно-сосудистая
  • Гипертоническая болезнь 1 и 2 степени;
  • Вегетососудистая дистония;
  • Тахикардия;
  • Стабильная стенокардия;
  • Кардиосклероз постинфарктный;
  • Сердечная аритмия;
  • Недостаточность венозная или артериальная хроническая;
  • Тромбофлебит;
  • Варикоз;
  • Синдром Рейно;
  • Атеросклероз;
  • Лимфадема.
  • стимуляция кровообращения;
  • нормализация тонуса лимфатических и кровеносных сосудов;
  • снижение спазма сосудов;
  • разжижение крови;
  • уменьшение риска тромбооразования;
  • снижение артериального давления и нервной возбудимости вследствие торможения коры головного мозга.
Дыхательная
  • Бронхиальная астма;
  • Туберкулез легких в неактивной форме;
  • Бронхит хронический;
  • Пневмония хроническая.
  • улучшение питания тканей;
  • ускорение процесса регенерации тканей;
  • противовоспалительное и иммуномодулирующее действие;
  • увеличение периода ремиссии хронических легочных заболеваний.
Нервная
  • Нарушение сна;
  • Алкоголизм;
  • Бессонница;
  • Депрессия;
  • Усталость хроническая;
  • Стресс хронический;
  • Неврозы;
  • Мигрень;
  • Неврит;
  • Невралгии;
  • Инсульт;
  • Сотрясение мозга.
  • обезболивание за счет обмена зарядами между мембраной нервных клеток и магнитным полем;
  • повышение выработки эндорфина, помогающее при неврозах и депрессиях.
Опорно-двигательная
  • Остеохондроз;
  • Переломы костной ткани;
  • Остеоартроз;
  • Ушибы;
  • Вывихи;
  • Радикулит;
  • Артрит суставов;
  • Фантомные боли в суставах.
  • уменьшение болевого синдрома;
  • устранение мышечного спазма;
  • противовоспалительное действие;
  • повышение активности ионов кальция, способствующее скорейшему сращению костей при переломах.
Пищеварительная
  • Гастрит;
  • ЯБЖ двенадцатиперстной кишки;
  • ЯБЖ желудка;
  • Нарушение моторики путей желчевыведения;
  • Холецистит;
  • Гастродуоденит;
  • Панкреатит;
  • Гепатиты острые и хронические;
  • Энтероколит.
  • нормализация ферментной активности и кислотности желудочного сока;
  • уменьшение вздутия кишечника, метеоризма.
Эндокринная
  • Сахарный диабет;
  • Ожирение.
  • снижение сахара крови;
  • ускорение обменных процессов;
  • улучшение периферического кровообращения;
  • улучшение метаболизма верхних и нижних конечностей.
Мочеполовая В гинекологии и урологии:

  • Импотенция;
  • Простатит;
  • Снижение потенции;
  • Заболевания почек и уретры, описанные выше.
  • повышение кровоснабжения тканей;
  • усиление активности гормонов;
  • противовоспалительный эффект;
  • устранение гиперемии и отечности тканей;
  • обезболивающий эффект.
ЛОР-органы
  • Ринит острый и хронический (гипертрофический, катаральный, атрофический);
  • Фарингит хронический;
  • Отит хронический;
  • Ларингит;
  • Гайморит;
  • Трахеит;
  • Тонзиллит хронический;
  • Фронтит хронический.
  • обезболивание, устранение отека, рассасывание инфильтрата;
  • улучшение трофики тканей, предупреждающее дальнейшее прогрессирование.
Полость рта
  • Пародонтоз;
  • Язвенные поражения слизистой полости рта;
  • Воспаление десен;
  • Стоматит.
  • устранение отека тканей;
  • противовоспалительное действие;
  • активация регенерации слизистой.
Глаза
  • Конъюнктивит;
  • Кератит;
  • Глаукома;
  • Астигматизм;
  • Ирит;
  • Атрофия зрительного нерва;
  • Близорукость.
  • противовоспалительное действие;
  • улучшение трофики тканей глаза;
  • нормализация внутриглазного давления.
Кожа
  • Трофические язвы;
  • Ожоги;
  • Экзема;
  • Обморожения;
  • Плохо заживающие раны;
  • Рубцы;
  • Дерматозы разной этиологии;
  • Нейродермит;
  • Псориаз;
  • Акне;
  • Пролежни;
  • Грибковые поражения.
  • улучшение интенсивности внутриклеточных биохимических процессов;
  • улучшение трофики тканей;
  • ускорение регенерации тканей;
  • противовоспалительное действие, ускоряющее разрешение акне;
  • повышение эластичных свойств кожи;
  • ускорение синтезирования коллагена;
  • уменьшение плотности рубцовой ткани.
Реабилитация после оперативных вмешательств
  • Болевой синдром;
  • Послеоперационные швы, отечность тканей;
  • Сниженный иммунитет.
  • стимуляция защитных сил;
  • увеличение резистентности к инфекциям;
  • ускорение заживления послеоперационных ран;
  • уменьшение болевого синдрома;
  • улучшение двигательной активности.

Из вышеописанного можно сделать вывод, что магнитотерапия целесообразна при большинстве распространенных заболеваний.

Комбинирование магнитотерапии с другими методами лечения

Магнитотерапия может быть назначена параллельно медикаментозному лечению, например, с противовоспалительными, сахароснижающими, антигипертензивными препаратами, потенцируя действие препаратов, повышая чувствительность рецепторов к лекарствам, удлиняя терапевтический эффект и ослабляя побочные действия лекарственных средств.

Магнитотерапию можно комбинировать с другими методами физиотерапевтического лечения, такими как электроимпульсная терапия, лекарственный электрофорез, УЗ- и вибротерапия и др. Разработаны методики, которые позволяют одновременно воздействовать на ткани несколькими физическими факторами – фотомагнитотерапия, магнитофорез, магнитолазерная и магнитовиброакустическая, вакуумномагнитная терапия.

Противопоказания

При назначении магнитотерапии следует учитывать общее состояние здоровья, включая психическое, возраст пациента, чувствительность к воздействию магнитных волн, наличие заболеваний в острой и хронической стадии, динамику и стадию заболевания. Обязательно пройти обследование, сдать анализы.

Противопоказания к процедуре подразделяются на относительные и абсолютные:

Абсолютные Относительные
  • Наличие кардиостимулятора
  • Эндоротезы суставов
  • Гемофилия
  • Активная фаза туберкулеза
  • Нарушение кроветворения
  • Тяжелые заболевания психического характера (шизофрения, эпилепсия)
  • Алкогольное и наркотическое опьянение
  • Злокачественные опухоли
  • Острая почечная и печеночная недостаточность
  • Заболевания, протекающие с гнойным воспалением
  • Гипертиреоз
  • Гипертоническая болезнь 3 ст.
  • Повышенная температура
  • Обострение инфекционно-воспалительных заболеваний
  • Менструация
  • Непереносимость воздействия магнитного поля
  • Гипотония
  • Беременность
  • Детский возраст до 2 лет

Побочные действия

Процедура относится к безопасным методам физиотерапевтического лечения, не имеющим каких-либо побочных эффектов. Магнитотерапия может проводиться при наличии противопоказаний к другим видам физиотерапии.

Вред магнитотерапии

Как и любой другой метод физиотерапевтического лечения, магнитотерапия может принести пользу и вред, причем последнее возможно при неправильном лечении, преднамеренном увеличении времени и количества процедур и наличии противопоказаний.

Повышенное воздействие магнитных полей может привести к нарушению проницаемости клеточных мембран, что является риском развития дистрофических процессов. Помимо этого, возможно усиление гликолиза и развитие гипоксии.

Эффективность магнитотерапии

Около 90 % пациентов, чувствительных к воздействию магнитных полей, отмечают улучшения состояния после курса процедур. Однако не стоит рассматривать метод, как основное лечение. При всех положительных эффектах магнитного поля оно не способно заменить этиологическую терапию.

Синдром дефицита магнитного поля

Данный синдром был впервые описан в 50е годы прошлого столетия японскими врачами. Оказывается, что при недостатке магнитной энергии у человека развивается хроническая усталость, дисфункция внутренних органов, нарушение сна и скачки артериального давления.

Гипомагнетизм замедляет движение крови по сосудам и уменьшает скорость доставки кислорода к тканям и органам. Это и приводит к сонливости и падению работоспособности. Еще один негативный эффект – ослабление иммунитета и устойчивости к инфекционно-воспалительным процессам. Для стабилизации магнитного поля было предложено применение магнитотерапии, которое активно применяется в Японии и сейчас.

Сверхсильные импульсные магнитные поля

Что такое сверхсильные магнитные поля?

В науке для познания природы в качестве инструментов используются различные взаимодействия и поля. В ходе физического эксперимента исследователь, воздействуя на объект исследования, изучает отклик на это воздействие. Анализируя его, делают заключение о природе явления. Наиболее эффективным средством воздействия является магнитное поле, так как магнетизм – широко распространенное свойство веществ.

Силовой характеристикой магнитного поля является магнитная индукция. Далее приводится описание наиболее распространенных методов получения сверхсильных магнитных полей, т.е. магнитных полей с индукцией свыше 100 Тл (тесла).

  • минимальное регистрируемое с помощью сверхпроводящего квантового интерферометра (СКВИД) магнитное поле – 10 -13 Тл;
  • магнитное поле Земли – 0,05 мТл;
  • сувенирные магниты на холодильник – 0,05 Тл;
  • альнико (алюминий-никель-кобальт) магниты (AlNiCo) – 0,15 Тл;
  • ферритовые постоянные магниты (Fe2O3) – 0,35 Тл;
  • самариево-кобальтовые постоянные магниты (SmCo) — 1,16 Тл;
  • самые сильные неодимовые постоянные магниты (NdFeB) – 1,3 Тл;
  • электромагниты Большого адронного коллайдера – 8,3 Тл;
  • самое сильное постоянное магнитное поле (Национальная лаборатории сильных магнитных полей Флоридского университета) – 36,2 Тл;
  • самое сильное импульсное магнитное поле, достигнутое без разрушения установки (Лос-Аламосская национальная лаборатория, 22 марта 2012 года) – 100,75 Тл.

В настоящее время исследования в области создания сверхсильных магнитных полей проводятся в странах – участниках «Megagauss Club» и обсуждаются на Международных конференциях по генерации мегагауссных магнитных полей и родственным экспериментам (гаусс – единица измерения магнитной индукции в системе СГС, 1 мегагаусс = 100 тесла).

Для создания магнитных полей такой силы необходима очень большая мощность, поэтому в настоящее время их получение возможно только в импульсном режиме, причем длительность импульса не превышает десятков микросекунд.

Разряд на одновитковый соленоид

Самым простым методом получения сверхсильных импульсных магнитных полей с магнитной индукцией в диапазоне 100. 400 тесла является разряд ёмкостных накопителей энергии на одновитковые соленоиды (соленоид — это однослойная катушка цилиндрической формы, витки которой намотаны вплотную, а длина значительно больше диаметра).

Внутренний диаметр и длина используемых катушек обычно не превышают 1 см. Индуктивность их мала (единицы наногенри), поэтому для генерации в них сверхсильных полей требуются токи мегаамперного уровня. Их получают с помощью высоковольтных (10-40 киловольт) конденсаторных батарей с низкой собственной индуктивностью и запасаемой энергией от десятков до сотен килоджоулей. При этом время нарастания индукции до максимального значения не должно превышать 2 микросекунды, иначе разрушение соленоида произойдет раньше, чем будут достигнуто сверхсильное магнитное поле.

Деформация и разрушение соленоида объясняются, что из-за резкого возрастания тока в соленоиде существенную роль играет поверхностный («скин») эффект — ток концентрируется в тонком слое на поверхности соленоида и плотность тока может достигать очень больших величин. Следствием этого является возникновение в материале соленоида области с повышенными температурой и магнитным давлением. Уже при индукции 100 тесла поверхностный слой катушки, выполненный даже из тугоплавких металлов, начинает плавиться, а магнитное давление превышает предел прочности большинства известных металлов. С дальнейшим ростом поля область плавления распространяется вглубь проводника, а на его поверхности начинается испарение материала. В итоге происходит взрывообразное разрушение материала соленоида («взрыв скин-слоя»).

Если же величина магнитной индукции превышает значение 400 тесла, то такое магнитное поле обладает плотностью энергии, сравнимой с энергией связи атома в твёрдых телах и намного превышает плотность энергии химических взрывчатых веществ. В зоне действия такого поля происходит, как правило, полное разрушение материала катушки со скоростью разлета материала витка до 1 километра в секунду.

Метод сжатия магнитного потока (магнитная кумуляция)

Для получения максимального магнитного поля (до 2800 Тл) в условиях лаборатории применяется метод сжатия магнитного потока (магнитная кумуляция).

Внутри проводящей цилиндрической оболочки (лайнера) с радиусом r и сечением S создается аксиальное стартовое магнитное поле с индукцией B и магнитным потоком Ф = BS и. Затем лайнер симметрично и достаточно быстро сжимается внешними силами, при этом его радиус уменьшается до rf и площадь сечения до Sf. Пропорционально площади сечения уменьшается и магнитный поток, пронизывающий лайнер. Изменение магнитного потока в соответствии с законом электромагнитной индукции вызывает возникновение в лайнере индуцированного тока, создающего магнитное поле, стремящееся компенсировать уменьшение магнитного потока. При этом магнитная индукция соответственно увеличивается до значения Bf=B*λ*S/Sf, где λ – коэффициент сохранения магнитного потока.

Метод магнитной кумуляции реализован в устройствах, получивших название магнитокумулятивных (взрывомагнитных) генераторов. Сжатие лайнера осуществляется давлением продуктов взрыва химических взрывчатых веществ. Источником тока для создания начального магнитного поля служит конденсаторная батарея. Основоположниками исследований в области создания магнитокумулятивных генераторов были Андрей Сахаров (СССР) и Кларенс Фоулер (США).

В одном из опытов в 1964 году на магнитокумулятивном генераторе МК-1 в полости диаметром 4 мм удалось зарегистрировать рекордное поле 2500 Тл. Однако неустойчивость магнитной кумуляции явилась причиной невоспроизводимого характера взрывной генерации сверхсильных магнитных полей. Стабилизация процесса магнитной кумуляции возможна при сжатии магнитного потока системой последовательно включаемых коаксиальных оболочек. Такие устройства называют каскадными генераторами сверхсильных магнитных полей. Их основное достоинство заключается в том, что они обеспечивают стабильность работы и высокую воспроизводимость сверхсильных магнитных полей. Многокаскадная конструкция генератора МК-1, использующая 140 кг взрывчатого вещества, обеспечивающих скорость сжатия лайнера до 6 км/с, позволила получить в 1998 году в Российском федеральном ядерном центре рекордное в мире магнитное поле 2800 тесла в объеме 2 см 3 . Плотность энергии такого магнитного поля более чем в 100 раз превышает плотность энергии самых мощных химических взрывчатых веществ.

Применение сверхсильных магнитных полей

Начало использованию сильных магнитных полей в физических исследованиях было положено трудами советского физика Петра Леонидовича Капицы в конце 1920-х годов. Сверхсильные магнитные поля применяются в исследованиях гальваномагнитных, термомагнитных, оптических, магнитно-оптических, резонансных явлений.

Они применяются, в частности:

  • для исследования эффекта Фарадея (эффект Фарадея – поворот на угол β плоскости поляризации линейно поляризованного светового луча, проходящего через изотропную среду, находящуюся в магнитном поле);
  • для исследования эффекта Зеемана (эффект Зеемана — расщепление энергетических уровней и спектральных линий атомов под воздействием магнитного поля)
  • для изучения свойств веществ в экстремальных условиях, так как энергия магнитного поля напряжённостью 1000. 1500 Тл превышает энергию связи частиц в твёрдых телах, а магнитное давление превышает давление в центре Земли. Это может быть использовано, например, для сжатия водорода. В химических реакциях, отдавая электрон, водород ведет себя как металл, но для полноценного металла водороду не хватает кристаллической решетки. Существует предположение, что при температурах, приближенных к абсолютному нулю, и давлении в миллионы атмосфер, возможно образование кристаллической решетки водорода с удивительными свойствами, например, сверхпроводимостью;
  • в оружии электромагнитного импульса (ЭМИ).
Добавить комментарий