Εφαρμογή μαγνητικών πεδίων για τεχνολογικούς σκοπούς

Για τεχνολογικούς σκοπούς, τα μαγνητικά πεδία χρησιμοποιούνται κυρίως για:

• πρόσκρουση σε μέταλλο και φορτισμένα σωματίδια,

• μαγνήτιση νερού και υδατικών διαλυμάτων,

• επιπτώσεις σε βιολογικά αντικείμενα.

Στην πρώτη περίπτωση μαγνητικό πεδίο Χρησιμοποιείται σε διαχωριστές για τον καθαρισμό διαφόρων μέσων τροφίμων από σιδηρομαγνητικές ακαθαρσίες μετάλλων και σε συσκευές για τον διαχωρισμό φορτισμένων σωματιδίων.

Στη δεύτερη, με στόχο την αλλαγή των φυσικοχημικών ιδιοτήτων του νερού.

Στο τρίτο — για τον έλεγχο των διεργασιών βιολογικής φύσης.

Στους μαγνητικούς διαχωριστές που χρησιμοποιούν μαγνητικά συστήματα, οι σιδηρομαγνητικές ακαθαρσίες (χάλυβας, χυτοσίδηρος κ.λπ.) διαχωρίζονται από τη χύδην μάζα. Υπάρχουν διαχωριστικά με μόνιμοι μαγνήτες και ηλεκτρομαγνήτες. Για τον υπολογισμό της δύναμης ανύψωσης των μαγνητών, χρησιμοποιείται ένας κατά προσέγγιση τύπος γνωστός από το γενικό μάθημα της ηλεκτρολογίας.

όπου Fm είναι η δύναμη ανύψωσης, N, S είναι η διατομή ενός μόνιμου μαγνήτη ή μαγνητικού κυκλώματος ενός ηλεκτρομαγνήτη, m2, V είναι η μαγνητική επαγωγή, T.

Σύμφωνα με την απαιτούμενη τιμή της ανυψωτικής δύναμης, η απαιτούμενη τιμή της μαγνητικής επαγωγής προσδιορίζεται όταν χρησιμοποιείται ηλεκτρομαγνήτης, η δύναμη μαγνήτισης (Iw):

όπου I είναι το ρεύμα του ηλεκτρομαγνήτη, A, w είναι ο αριθμός των στροφών του πηνίου του ηλεκτρομαγνήτη, Rm είναι η μαγνητική αντίσταση ίση με

εδώ lk είναι το μήκος των επιμέρους τμημάτων του μαγνητικού κυκλώματος με σταθερή διατομή και υλικό, m, μk είναι η μαγνητική διαπερατότητα των αντίστοιχων τμημάτων, H / m, Sk είναι η διατομή των αντίστοιχων τμημάτων, m2, S είναι η διατομή του μαγνητικού κυκλώματος, m2, B είναι η επαγωγή, T.

Η μαγνητική αντίσταση είναι σταθερή μόνο για μη μαγνητικά τμήματα του κυκλώματος. Για τις μαγνητικές τομές, η τιμή του RM βρίσκεται χρησιμοποιώντας τις καμπύλες μαγνήτισης, αφού εδώ το μ είναι μια μεταβλητή ποσότητα.

Διαχωριστές μόνιμου μαγνητικού πεδίου

Οι απλούστεροι και πιο οικονομικοί διαχωριστές είναι με μόνιμους μαγνήτες, αφού δεν απαιτούν επιπλέον ενέργεια για την τροφοδοσία των πηνίων. Χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, σε αρτοποιεία για να καθαρίσουν το αλεύρι από σιδηρούχα προσμίξεις. Η συνολική δύναμη ανύψωσης των μαγνητοφώνων σε αυτούς τους διαχωριστές, κατά κανόνα, θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 120 N. Σε μαγνητικό πεδίο, το αλεύρι πρέπει να κινείται σε ένα λεπτό στρώμα, πάχους περίπου 6-8 mm, με ταχύτητα όχι μεγαλύτερη από 0,5 m / s.

Οι διαχωριστές μόνιμων μαγνητών έχουν επίσης σημαντικά μειονεκτήματα: η ανυψωτική τους δύναμη είναι μικρή και εξασθενεί με την πάροδο του χρόνου λόγω της γήρανσης των μαγνητών. Οι διαχωριστές με ηλεκτρομαγνήτες δεν έχουν αυτά τα μειονεκτήματα, αφού οι ηλεκτρομαγνήτες που είναι εγκατεστημένοι σε αυτούς τροφοδοτούνται από συνεχές ρεύμα. Η ανυψωτική τους δύναμη είναι πολύ μεγαλύτερη και μπορεί να ρυθμιστεί από το ρεύμα του πηνίου.

Στο σχ. 1 δείχνει ένα διάγραμμα ενός ηλεκτρομαγνητικού διαχωριστή για ακαθαρσίες χύδην.Το υλικό διαχωρισμού τροφοδοτείται στη χοάνη υποδοχής 1 και κινείται κατά μήκος του μεταφορέα 2 στο τύμπανο κίνησης 3 κατασκευασμένο από μη μαγνητικό υλικό (ορείχαλκος, κ.λπ.). Το τύμπανο 3 περιστρέφεται γύρω από έναν σταθερό ηλεκτρομαγνήτη DC 4.

Η φυγόκεντρη δύναμη ρίχνει το υλικό στην οπή εκφόρτωσης 5 και οι σιδηρο-ακαθαρσίες υπό τη δράση του μαγνητικού πεδίου του ηλεκτρομαγνήτη 4 «κολλούν» στον μεταφορικό ιμάντα και αποσπώνται από αυτόν μόνο αφού φύγουν από το πεδίο δράσης των μαγνητών πέφτει στην οπή εκφόρτωσης για σιδηρούχα ακαθαρσίες 6. Όσο πιο λεπτό είναι το στρώμα προϊόντος στον μεταφορικό ιμάντα, τόσο καλύτερος είναι ο διαχωρισμός.

Τα μαγνητικά πεδία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον διαχωρισμό φορτισμένων σωματιδίων σε διασκορπισμένα συστήματα.Αυτός ο διαχωρισμός βασίζεται στις δυνάμεις Lorentz.

όπου Fl είναι η δύναμη που επενεργεί σε ένα φορτισμένο σωματίδιο, N, k είναι ο συντελεστής αναλογικότητας, q είναι το φορτίο των σωματιδίων, C, v είναι η ταχύτητα των σωματιδίων, m / s, N είναι δύναμη μαγνητικού πεδίου, A / m, a είναι η γωνία μεταξύ των διανυσμάτων πεδίου και ταχύτητας.

Τα θετικά και αρνητικά φορτισμένα σωματίδια, τα ιόντα εκτρέπονται σε αντίθετες κατευθύνσεις υπό τη δράση των δυνάμεων Lorentz, επιπλέον, τα σωματίδια με διαφορετικές ταχύτητες ταξινομούνται επίσης σε ένα μαγνητικό πεδίο σύμφωνα με τα μεγέθη των ταχυτήτων τους.

Ρύζι. 1. Διάγραμμα ηλεκτρομαγνητικού διαχωριστή για χύδην ακαθαρσίες

Συσκευές μαγνήτισης νερού

Πολυάριθμες μελέτες που έγιναν τα τελευταία χρόνια έχουν δείξει τη δυνατότητα αποτελεσματικής εφαρμογής μαγνητικής επεξεργασίας συστημάτων νερού — τεχνικών και φυσικών υδάτων, διαλυμάτων και αναρτήσεων.

Κατά τη μαγνητική επεξεργασία των συστημάτων νερού, συμβαίνουν τα εξής:

• επιτάχυνση της πήξης — προσκόλληση στερεών σωματιδίων αιωρούμενων στο νερό,

• σχηματισμός και βελτίωση της προσρόφησης,

• ο σχηματισμός κρυστάλλων αλατιού κατά την εξάτμιση όχι στα τοιχώματα του δοχείου, αλλά στον όγκο,

• επιτάχυνση της διάλυσης στερεών,

• αλλαγή στη διαβρεξιμότητα των στερεών επιφανειών,

• αλλαγή στη συγκέντρωση των διαλυμένων αερίων.

Δεδομένου ότι το νερό συμμετέχει ενεργά σε όλες τις βιολογικές και τις περισσότερες τεχνολογικές διεργασίες, οι αλλαγές στις ιδιότητές του υπό την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου χρησιμοποιούνται με επιτυχία στην τεχνολογία τροφίμων, την ιατρική, τη χημεία, τη βιοχημεία και επίσης στη γεωργία.

Με τη βοήθεια τοπικής συγκέντρωσης ουσιών σε ένα υγρό, είναι δυνατό να επιτευχθούν:

• αφαλάτωση και βελτίωση της ποιότητας των φυσικών και τεχνολογικών υδάτων,

• υγρά καθαρισμού από αιωρούμενες ακαθαρσίες,

• έλεγχος της δραστηριότητας των φυσιολογικών και φαρμακολογικών διαλυμάτων τροφίμων,

• έλεγχος των διαδικασιών επιλεκτικής ανάπτυξης μικροοργανισμών (επιτάχυνση ή αναστολή του ρυθμού ανάπτυξης και διαίρεσης βακτηρίων, ζυμομύκητες),

• έλεγχος των διαδικασιών βακτηριακής έκπλυσης των λυμάτων,

• μαγνητική αναισθησιολογία.

Ο έλεγχος των ιδιοτήτων των κολλοειδών συστημάτων, οι διαδικασίες διάλυσης και κρυστάλλωσης χρησιμοποιείται για:

• αύξηση της αποτελεσματικότητας των διαδικασιών πάχυνσης και διήθησης,

• μείωση των εναποθέσεων αλάτων, αλάτων και άλλων συσσωρεύσεων,

• βελτίωση της ανάπτυξης των φυτών, αύξηση της απόδοσης τους, βλάστηση.

Ας σημειώσουμε τα χαρακτηριστικά της μαγνητικής επεξεργασίας νερού. 1. Η μαγνητική επεξεργασία απαιτεί την υποχρεωτική ροή του νερού με μια ορισμένη ταχύτητα μέσα από ένα ή περισσότερα μαγνητικά πεδία.

2.Η επίδραση της μαγνήτισης δεν διαρκεί για πάντα, αλλά εξαφανίζεται λίγο μετά το τέλος του μαγνητικού πεδίου, μετρούμενη σε ώρες ή ημέρες.

3. Η επίδραση της θεραπείας εξαρτάται από την επαγωγή του μαγνητικού πεδίου και τη βαθμίδα του, τον ρυθμό ροής, τη σύνθεση του συστήματος νερού και τον χρόνο που βρίσκεται στο πεδίο. Σημειώνεται ότι δεν υπάρχει άμεση αναλογία μεταξύ του αποτελέσματος επεξεργασίας και του μεγέθους της έντασης του μαγνητικού πεδίου. Η κλίση του μαγνητικού πεδίου παίζει σημαντικό ρόλο. Αυτό είναι κατανοητό αν σκεφτούμε ότι η δύναμη F που ασκεί μια ουσία από την πλευρά ενός μη ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου καθορίζεται από την έκφραση

όπου x είναι η μαγνητική επιδεκτικότητα ανά μονάδα όγκου της ουσίας, H είναι η ένταση του μαγνητικού πεδίου, A / m, dH / dx είναι η βαθμίδα έντασης

Κατά κανόνα, οι τιμές επαγωγής μαγνητικού πεδίου είναι στην περιοχή 0,2-1,0 T και η κλίση είναι 50,00-200,00 T / m.

Τα καλύτερα αποτελέσματα της μαγνητικής επεξεργασίας επιτυγχάνονται με ρυθμό ροής νερού στο πεδίο ίσο με 1–3 m/s.

Λίγα είναι γνωστά για την επίδραση της φύσης και της συγκέντρωσης των ουσιών που διαλύονται στο νερό. Διαπιστώθηκε ότι το φαινόμενο της μαγνήτισης εξαρτάται από τον τύπο και την ποσότητα των ακαθαρσιών αλατιού στο νερό.

Ακολουθούν ορισμένα έργα εγκαταστάσεων για μαγνητική επεξεργασία συστημάτων νερού με μόνιμους μαγνήτες και ηλεκτρομαγνήτες που τροφοδοτούνται από ρεύματα διαφορετικών συχνοτήτων.

Στο σχ. 2.εμφανίζει ένα διάγραμμα συσκευής μαγνήτισης νερού με δύο κυλινδρικούς μόνιμους μαγνήτες 3. Το νερό ρέει στο διάκενο 2 του μαγνητικού κυκλώματος που σχηματίζεται από έναν κοίλο σιδηρομαγνητικό πυρήνα 4 τοποθετημένο σε μια θήκη L Η επαγωγή του μαγνητικού πεδίου είναι 0,5 T, η κλίση είναι 100,00 T / m Το πλάτος του διακένου 2 mm.

Ρύζι. 2. Σχέδιο συσκευής μαγνήτισης νερού

Ρύζι. 3.Συσκευή για μαγνητική επεξεργασία συστημάτων νερού

Οι συσκευές εξοπλισμένες με ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται ευρέως. Μια συσκευή αυτού του τύπου φαίνεται στο σχ. 3. Αποτελείται από πολλούς ηλεκτρομαγνήτες 3 με πηνία 4 τοποθετημένα σε διαμαγνητική επίστρωση 1. Όλα αυτά βρίσκονται σε σιδερένιο σωλήνα 2. Το νερό ρέει στο κενό μεταξύ του σωλήνα και του σώματος, προστατευμένο από ένα διαμαγνητικό κάλυμμα. Η ισχύς του μαγνητικού πεδίου σε αυτό το κενό είναι 45.000-160.000 A / m. Σε άλλες εκδόσεις αυτού του τύπου συσκευής, οι ηλεκτρομαγνήτες τοποθετούνται στο σωλήνα από έξω.

Σε όλες τις εξεταζόμενες συσκευές, το νερό διέρχεται από σχετικά στενά κενά, επομένως προκαθαρίζεται από στερεές αναρτήσεις. Στο σχ. Το σχήμα 4 δείχνει ένα διάγραμμα μιας συσκευής τύπου μετασχηματιστή. Αποτελείται από ένα ζυγό 1 με ηλεκτρομαγνητικά πηνία 2, μεταξύ των πόλων του οποίου είναι τοποθετημένος ένας σωλήνας 3 από διαμαγνητικό υλικό. Η συσκευή χρησιμοποιείται για την επεξεργασία νερού ή κυτταρίνης με εναλλασσόμενα ή παλμικά ρεύματα διαφορετικών συχνοτήτων.

Εδώ περιγράφονται μόνο τα πιο τυπικά σχέδια συσκευών που χρησιμοποιούνται με επιτυχία σε διάφορους τομείς παραγωγής.

Τα μαγνητικά πεδία επηρεάζουν επίσης την ανάπτυξη της ζωτικής δραστηριότητας των μικροοργανισμών. Η μαγνητοβιολογία είναι ένα αναπτυσσόμενο επιστημονικό πεδίο που βρίσκει ολοένα και περισσότερο πρακτικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των βιοτεχνολογικών διαδικασιών παραγωγής τροφίμων. Αποκαλύπτεται η επίδραση των σταθερών, μεταβλητών και παλλόμενων μαγνητικών πεδίων στην αναπαραγωγή, τις μορφολογικές και πολιτισμικές ιδιότητες, τον μεταβολισμό, τη δραστηριότητα των ενζύμων και άλλες πτυχές της δραστηριότητας ζωής των μικροοργανισμών.

Η επίδραση των μαγνητικών πεδίων στους μικροοργανισμούς, ανεξάρτητα από τις φυσικές τους παραμέτρους, οδηγεί σε φαινοτυπική μεταβλητότητα μορφολογικών, πολιτισμικών και βιοχημικών ιδιοτήτων. Σε ορισμένα είδη, ως αποτέλεσμα της θεραπείας, η χημική σύνθεση, η αντιγονική δομή, η λοιμογόνος δύναμη, η αντοχή στα αντιβιοτικά, οι φάγοι και η υπεριώδης ακτινοβολία μπορεί να αλλάξουν. Μερικές φορές τα μαγνητικά πεδία προκαλούν άμεσες μεταλλάξεις, αλλά πιο συχνά επηρεάζουν τις εξωχρωμοσωμικές γενετικές δομές.

Δεν υπάρχει γενικά αποδεκτή θεωρία που να εξηγεί τον μηχανισμό του μαγνητικού πεδίου στο στοιχείο. Πιθανώς, η βιολογική επίδραση των μαγνητικών πεδίων στους μικροοργανισμούς βασίζεται στον γενικό μηχανισμό έμμεσης επιρροής μέσω του περιβαλλοντικού παράγοντα.