Проект по физике «Причины использования магнитов в жизни человека»

Существует два основных типа магнитов: постоянные и электромагниты. Определить, что же такое постоянный магнит, можно на основании главного его свойства. Постоянный магнит получил свое название за то, что его магнетизм всегда «включен». Он генерирует собственное магнитное поле, в отличие от электромагнита, сделанного из проволоки, обернутой вокруг железного сердечника, и требующего протекания тока для создания магнитного поля.

Постоянный магнит

История изучения магнитных свойств

Столетия назад люди открыли, что некоторые типы горных пород обладают оригинальными особенностями: притягиваются к железным предметам. Упоминание о магнетите встречается в древних исторических летописях: больше двух тысячелетий назад в европейских и намного ранее в восточноазиатских. Сначала он оценивался как любопытный предмет.

Позже магнетит стали использовать для навигации, обнаружив, что он стремится занять определенное положение, когда ему предоставлена свобода вращения. Научное исследование, проведенное П. Перегрином в 13-м веке, показало, что сталь может приобрести эти особенности после потирания магнетитом.

У намагниченных предметов было два полюса: «северный» и «южный», относительно магнитного поля Земли. Как обнаружил Перегрин, изоляция одного из полюсов не представлялась возможной, если разрезать осколок магнетита надвое, – каждый отдельный фрагмент имел в результате собственную пару полюсов.

В соответствии с сегодняшними представлениями магнитное поле постоянных магнитов – это результирующая ориентация электронов в едином направлении. Только некоторые разновидности материалов взаимодействуют с магнитными полями, значительно меньшее их количество способно сохранять постоянное МП.

Свойства постоянных магнитов

Мощные магниты

Основными свойствами постоянных магнитов и создаваемого ими поля являются:

• существование двух полюсов;
• противоположные полюса притягиваются, а одноименные отталкиваются (как положительные и отрицательные заряды);
• магнитная сила незаметно распространяется в пространстве и проходит через объекты (бумага, дерево);
• наблюдается усиление интенсивности МП вблизи полюсов.

Постоянные магниты поддерживают МП без внешней помощи. Материалы в зависимости от магнитных свойств делятся на основные виды:

• ферромагнетики – легко намагничивающиеся;
• парамагнетики – намагничиваются с большим трудом;
• диамагнетики – склонны отражать внешнее МП путем намагничивания в противоположном направлении.

Важно! Магнито-мягкие материалы, такие как сталь, проводят магнетизм при прикреплении к магниту, но это прекращается при его удалении. Постоянные магниты изготавливаются из магнито-твердых материалов.

Применение магнитов в быту

Особенность магнита – резкое ослабление мощности уже на небольшом расстоянии от его поверхности. Это придает изделию сразу два ценных свойства: металлические предметы на нем прочно фиксируются и легко снимаются при небольшом усилии. Поэтому магнит незаменим для организации пространства: инструменты, ножи, кухонная утварь располагаются на магнитных креплениях надежно и удобно. На них можно закрепить даже немагнитные материалы: достаточно надеть на медный провод пружинку от авторучки, и шнур от зарядного устройства будет всегда под рукой. А стоит приклеить ряд небольших пластин на нижнюю поверхность кухонного шкафчика или полки холодильника – и готов отличный органайзер для емкостей с металлическими крышками: банок для специй, детского питания или пивных бутылок.

При этом даже маленькие магниты обладают большой силой, и поэтому очень удобны в применении. Надоело искать ручку и блокнот? Вложите или вклейте внутрь крохотный магнит, и они раз и навсегда займут свое место на дверце холодильника. Застежки сумок и кошельков, зажимы для денег, крепления зажигалки, иголок, булавок и другой мелкой бижутерии легко и быстро делают при помощи магнита. А если вложить его внутрь пластикового корпуса выключателя в прихожей, можно крепить к нему вечно теряющиеся ключи, а заодно избавиться от мучительных раздумий: выключено ли электричество в доме?

Но особенно востребованы магниты при ремонте. Емкость с магнитом сохранит весь мелкий крепеж при разборке бытовой техники. Магнитная полоска на шуруповерте подойдет для фиксации бит и саморезов, а магнит, вложенный в браслет или нагрудный карман рубашки – отличный способ держать под рукой шурупы, гайки и прочие метизы. Да и для здоровья полезно – магнитотерапия у врачей в большом почете. Кстати, если металлическая мелочь все же рассыпалась – переверните картонную или пластиковую коробочку, приложите магнит ко дну, соберите потерянное, а потом просто удалите магнит. Вот такая бытовая магия.

Силу притяжения легко регулировать, меняя размер магнита или количество его элементов. Цельный или составной мощный магнит – надежное средство заземления сварочного аппарата и поиска скрытых закладных элементов в стенах и перекрытиях: перед сверлением обязательно проверьте, где проходят трубы, арматура и уголки. Да и фиксировать металл перед сваркой быстрее и проще на сильный магнит. Магнитные струбцины для склейки деталей сложной формы, намагничивание инструмента для удерживания метизов, магнитный фильтр для очистки технических жидкостей от металлической стружки – лишь несколько примеров незаменимости простого устройства.

Еще одна сфера применения магнитов – автопутешествия. Зафиксировать воронку в бензобаке при заправке из канистры, удобно расположить инструмент во время ремонта, установить фольгированную защиту от солнечных лучей, натянуть тент или веревку для просушки полотенец – пожалуй, других способов закрепиться к металлу корпуса без риска повредить лакокрасочное покрытие просто нет. Пригодятся магниты и при устройстве быта: прижатые ими края антимоскитного полога надежно преградят доступ крововосам, а стоит заглубить в брусочек мыла пивную крышку – и вот вам магнитная мыльница.

Как работает постоянный магнит

Его работа связана с атомной структурой. Все ферромагнетики создают естественное, хотя и слабое, МП, благодаря электронам, окружающим ядра атомов. Эти группы атомов способны ориентироваться в едином направлении и называются магнитными доменами. Каждый домен обладает двумя полюсами: северным и южным. Когда ферромагнитный материал не намагничен, его области ориентированы в случайных направлениях, а их МП компенсируют друг друга.

Чтобы создать постоянные магниты, ферромагнетики нагреваются при очень высоких температурах и подвергаются воздействию сильного внешнего МП. Это приводит к тому, что отдельные магнитные домены внутри материала начинают ориентироваться по направлению внешнего МП до тех пор, пока все домены не выровняются, достигнув точки магнитного насыщения. Затем материал охлаждают, и выровненные домены блокируются в нужном положении. После удаления внешнего МП магнито-твердые материалы будут удерживать большую часть своих доменов, создавая постоянный магнит.

Физический механизм постоянной намагниченности

Чтобы объяснить функционирование постоянного магнита, мы должны заглянуть внутрь его до атомных масштабов. Каждый атом имеет набор спинов своих электронов, которые вместе формируют его магнитный момент. Для наших целей мы можем рассматривать каждый атом как небольшой полосовой магнит. Когда постоянный магнит размагничен (либо путем нагрева его до высокой температуры, либо внешним магнитным полем), каждый атомный момент ориентирован случайным образом (см. рис. ниже) и никакой регулярности не наблюдается.

Когда же он намагничен в сильном магнитном поле, все атомные моменты ориентируются в направлении поля и как бы сцепляются «в замок» друг с другом (см. рис. ниже). Это сцепление позволяет сохранить поле постоянного магнита при удалении внешнего поля, а также сопротивляться размагничиванию при изменении его направления. Мерой силы сцепления атомных моментов является величина коэрцитивной силы магнита. Подробнее об этом позже.

При более глубоком изложении механизма намагничивания оперируют не понятиями атомных моментов, а используют представления о миниатюрных (порядка 0,001 см) областях внутри магнита, изначально обладающих постоянной намагниченностью, но ориентированных при отсутствии внешнего поля случайным образом, так что строгий читатель при желании может отнести вышеизложенный физический механизм не к магниту в целом. а к отдельному его домену.

Характеристики постоянного магнита

1. Магнитную силу характеризует остаточная магнитная индукция. Обозначается Br. Это та сила, которая остается после исчезновения внешнего МП. Измеряется в тестах (Тл) или гауссах (Гс);
2. Коэрцитивность или сопротивление размагничиванию – Нс. Измеряется в А/м. Показывает, какова должна быть напряженность внешнего МП для того, чтобы размагнитить материал;
3. Максимальная энергия – BHmax. Рассчитывается путем умножения остаточной магнитной силы Br и коэрцитивности Нс. Измеряется в МГсЭ (мегагауссэрстед);
4. Коэффициент температуры остаточной магнитной силы – Тс of Br. Характеризует зависимость Br от температурного значения;
5. Tmax – наивысшее значение температуры, при достижении которого постоянные магниты утрачивают свойства с возможностью обратного восстановления;
6. Tcur – наивысшее значение температуры, когда магнитный материал безвозвратно утрачивает свойства. Этот показатель называется температурой Кюри.

Формула магнитного потока

Индивидуальные характеристики магнита изменяются в зависимости от температуры. При разных значениях температуры разные типы магнитных материалов работают по-разному.

Важно! Все постоянные магниты теряют процент магнетизма при подъеме температуры, но с разной скоростью, зависящей от их типа.

Магниты и магнитные поля

2022 г. Минисправочники.

• Современные виды постоянных магнитов, их параметры. • Применение магнитофоров в медицине. • Определение полярности магнита (с помощью компаса). • Омагничивание воды. • Предельно допустимые уровни магнитного поля. • Электрические предохранители • Замена электросчётчиков (точности 2.5 на 2.0) • Таблица удельных электросопротивлений (в микроомах, минисправочник).

Естественное магнитное поле Земли, на её дневной поверхности, в средних широтах европейской части России, имеет значения полного вектора – приблизительно 0.05 мТл (индукция, в миллитеслах) = 50 мкТл (микротесл) = 50×10-6 Тл (Тесл), что в старых единицах СГС составляет 0.5 Гаусс. Напряженность поля, при пятидесяти микротеслах, равна 40 А/м (ампер на метр). С первого тысячелетия нашей эры, величина земного, геомагнитного поля уменьшилась более чем вдвое и человеческий организм испытывает синдромы его дефицита (магнитодефицит), который можно восполнить благодаря магнитотерапии с помощью внешних источников магнитного поля.

Рис.1 Силовые линии магнитного поля Земли.

Силовые линии нормального магнитного поля планеты – направлены на север и вниз (они входят в землю почти отвесно, под углом, порядка I = 70°, с небольшим, в десяток градусов, склонением на восток; это в Московской области, а в других районах страны – параметры геомагнитного поля могут отличаться).

Приблизительный угол склонения можно посмотреть на карте. Точные, актуальные параметры поля, определяются с помощью специальных вычислительных программ. На специализированных сайтах есть онлайн-калькуляторы и справочные данные. Ссылки (убрать пробелы): https:// geomag.nrcan.gc.ca/calc/mfcal-en.php – калькулятор для расчёта компонент (там, в результатах расчётов, запятая – разделитель тысячных, т.е. порядок величин горизонтальных и вертикальных составляющих – тысячи и десятки тысяч нанотесл). https:// www.ngdc.noaa.gov/geomag/data/poles/ pole_locations.txt – на этой интернет-странице имеются исторические сведения о смещении магнитных полюсов планеты, в виде списка координат, начиная с 1590 года и до современности).

Основные угловые элементы поля: D (magnetic declination) – угол магнитного склонения от географического меридиана (восточнее – плюсовые значения). I (magnetic inclination) – угол наклонения полного вектора геомагнитного поля, относительно горизотали.

// Соотношение величин: 0.05 мТл (магнитная индукция в ед.СИ) = 0.5 Гаусс (магнитн. индукц. в ед. СГС – внесистемная) = 0.5 Эрстед (напряженность поля в единицах С Г С)

1мТл = 0.8 кА/м (килоампер на метр) 1Тл = 800 кА/м 1000 кА/м = 1.25 Т (Тесл)

Таблица 1 Современные виды постоянных магнитов и их приблизительные характеристики (значения индукции на их полюсной поверхности, максимальные рабочие температуры и т.д.): • Магниты с полимерным наполнителем, применяемые в медицине эластичные магнитофоры (магнитопласты, магнитоэласты). Br = до 0.05 Тесл (50 миллитесл = 500 Гаусс).

• Магнитопласты на основе наполнителя (например, порошка анизотропного NdFeB). Поддаются механической обработке, благодаря пластичности (как резина) и возможности изготовления сложных форм методом литья под давлением (в том числе, с монтажными отверстиями и средствами крепления). Не нагреваются при работе в переменных электромагнитных полях (нечувствительны к воздействию вихревых токов). Максимальная рабочая температура – до 120-220 градусов Цельсия, в зависимости от теплостойкости связующего материала. Br = 0.5 – 0.6 Тл (5000 – 6000 Гаусс) (Nd-Fe-B).

• Ферриты (прессованные керамические ферритобариевые и ферритостронциевые, недорогие ферромагниты чёрного цвета). В отличие от «железных» магнитов, имеют очень высокое электрическое сопротивление (поэтому феррит бария используют в цепях, подвергающихся действию высокочастотных полей), хорошую механическую прочность, коррозионную стойкость, меньший вес, по сравнению с железными – в 1.5-2 раза. Есть возможность осуществлять у них многополюсное намагничивание на цельном изделии. Имеют неплохую устойчивость к воздействию внешних магнитных полей. По стоимости – на порядок дешевле ЮНДК, имея, при этом, более высокие показатели коэрцитивной силы. Широко применяются в двигателях постоянного тока, в генераторах, в профессиональных и домашних аудио-системах (повышенную индукцию – набирают склейкой двух колец). Недостатки ферромагнитов – хрупкость и твёрдость (обрабатывать можно только шлифованием и при помощи алмазной резки) и уменьшение коэрцетивной силы при охлаждении ниже -20°С (что снижает, на морозе, стойкость к размагничиванию маг.полем; зимой, при -60 градусах – магнитные свойства необратимо теряются и не восстанавливаются при возврате к нормальным термическим условиям) или при нагреве (особенно чувствительны бариевые). Если температура изменяется быстрее 5-10°C/мин – на феррите образуются трещины, что ухудшает его физические свойства. Максимальное энергетическое произведение – в несколько раз хуже, чем у SmCo. Температурный коэффициент остаточной магнитной индукции – раз в десять хуже, т.е. больше, чем у литых магнитов. Br = 0.1 – 0.4 Тл (1000 – 4000 Гаусс). Современные – от 0.2 до 0.43Тл Tc of Br ~ -0.20% на °C (Температурный коэффициент) Tmax/Tcur = 250-300 / 450 °С (Максимальная рабочая температура / Точка Кюри) Hcb = 2-4 кЭ (Коэрцитивная сила по индукции, килоэрстед) Диапазон максимальной энергии (энергетическое произведение) – от 1,1 до 4,5 МГЭ На сайте https://www.ferrite.ru/products/magnets/hardferrite – подробные сравнительные таблицы с продукцией зарубежных фирм (Япония, Франция, Германия), с указанием полных наименований и расшифровкой кода на корпусе.

• Термостабильные литые или спечённые магниты «Альнико» (AlNiCo, российское название – ЮНДК) на основе сплавов железо-аллюминий-никель-медь-кобальт. Они легче редкоземельных самарийкобальтовых, при примерно одинаковых параметрах индукции, и заметно дешевле их. Имеют высокую коррозионную и радиационную стойкость. Используются в акустических системах и динамических студийных микрофонах (ставят Alnico V), в гитарных звукоснимателях, в электродвигателях и электрогенераторах, в приборостроении (сенсоры, реле и т.д.) Типовые формы: пластины, призмы, кольца и трубки, диски и стержни. Недостаток – AlNiCo хрупкие (обрабатываются полированием, шлифованием, резкой абразивным кругом) и легко размагничиваются (низкая коэрцитивная сила) под воздействием внешнего магнитного поля, что делает неверными показания стрелочных приборов, в которых они установлены. Br = 0.7 – 1.3 Тл. Tc of Br ~ -0.02% на °C (это очень хороший показатель) Tmax/Tcur = 250-550/800-850 °С Hc = 0.6 – 1.9 кЭ Диапазон максимальной энергии – от 1,4 до 7,5 МГсЭ

• Термоустойчивые деформируемые магниты типа ХК (железо-хром-кобальт, Fe-Cr-Co). Прочность и пластичность современных типов этого сплава – на порядок превосходит аналогичные показатели ЮНДК24 (Алнико 5) при сопоставимых магнитных свойствах. Могут быть получены в виде холоднокатаного листа, горячекатаного и кованого прутка для последующей механической и термомагнитной обработки. В последние годы, осваиваются новые, перспективные наноструктурные, магнитотвёрдые FeCrCo-сплавы с улучшенными характеристиками. Максимальные рабочие температуры достигают 450 °С Br = 1.1 – 1.5 Тл. Tc of Br = от -0,015 до -0,028 % на °C (ГОСТ 24897-81) Нсb – больше 0.5 кЭ

• Спечённые редкоземельные магниты на основе сплавов самарий-кобальт(SmCo, долговечная металлокерамика). Имеют лучшую коррозионную стойкость (то есть, не ржавеют, поэтому и не нуждаются в защитном покрытии) по сравнению с остальными редкоземельными материалами и большие значения максимальной рабочей температуры (термостабильные до 350°С) и коэрцитивной силы (то есть, магнитотвёрдые – устойчивые к размагничиванию). По сравнению с ЮНДК – на порядок большая коэрцетивная сила по намагниченности. Недостатки – хрупкость и высокая цена. Применяются в космических аппаратах и мобильных телефонах, в мотоциклах и газонокосилках, в авиационной и компьютерной технике, в медицинском оборудовании, в миниатюрных электромеханических приборах и устройствах (наручных часах, наушниках и т.д.) Используются в современном приборостроении. Br = 0.8 – 1.1 Тл. Tc of Br ~ -0.035% на °C Tmax/Tcur = от -60 до 250-500 / >700-800 °С Hcb = 8-10 кЭ Диапазон максимальной энергии – от 18 до 32 МГс.Э

• Неодимовые – редкоземельные супермагниты на основе сплавов неодим-железо-бор (Nd-Fe-B, NdFeB). Диапазон рабочих температур – от -60 до +150-220°C Они хрупкие и чувствительные к температуре (предел допустимого нагрева – зависит от марки магнита). После сильного перегрева – необратимо и полностью теряется намагниченность (восстановить можно перемагничиванием на специальной установке). Имеют невысокую коррозионную стойкость – легко окисляются (ржавеют), если повреждёно антикоррозионноее покрытие (краска, лак, тонкая металлическая плёнка из никеля, меди или цинка). В виде порошка – могут воспламениться, с выделением ядовитого дыма. Лучше поддаются механической обработке – гибкие Nd-магнитопласты (NdFeB). Спечённые неодимовые магниты имеют преимущество – наибольшую, по сравнению с остальными видами, силу остаточной магнитной индукции и очень высокое энергетическое произведение. Максимальная рабочая температура будет выше – при добавлении кобальта вместо железа, но это ведёт к удорожанию материала. Широко применяются в компьютерной технике (двигатели электроприводов дисков, устройства считывания и записи информации), в моторах и датчиках. Br = 1.0 – 1.4 Тл (10000 – 14000 Гаусс). Tc of Br = от -0.07 до -0.13% на °C Tmax/Tcur = 80(Nxx)-120(NxxH)-150(NxxS/U)-200(xxEH)-220 / 310-330 Hc = 12 кЭ Диапазон макс. энергии – от 1 до 50 МГЭ

• Сверхпроводящие магниты, относящиеся к категории сверхмощных, могут иметь максимальные значения индукц. Br > 5 Тесл

// Для усиления (концентрации силовых линий) магнитного поля – используют полюсные наконечники в виде сужающихся конусов, что значительно увеличивает индукцию в малом объёме.

Рис.2 Формы и размеры – от магнитиков на холодильник до супермагнитов

«Железные кобальтовые» магниты – более стойкие к механическим воздействиям, к размагничиванию (их коэрцитивная сила) и высоким температурам, чем керамические и неодимовые.

Из нескольких магнитов, соединяя их последовательно (разноимёнными полюсами) – можно собирать магнитные батареи. В итоге – повышение мощности и более протяжённые и линейные (на достаточном расстоянии) силовые линии поля.

Основные характеристики постоянных магнитов:

Остаточная магнитная индукция (Br, Тесл или Гаусс, G) – намагниченность, оставшаяся после намагничивания материала, из которого изготовлен постоянный магнит, измеренная на его поверхности, в замкнутой системе. Единица измерения – Тесла, в системе СИ или Гаусс, в сист. СГС. Это основная характеристика м а г н и т а. Иногда, эту величину называют – «сила магнита».

Магнитная индукция, B / Br (Тесл или Гаусс, G) – результат приборного измерения (гауссметром / тесламетром или магнитометром) реального, фактического поля магнита на каком-то расстоянии от него или на его поверхности.

Коэрцитивная сила по индукции, Hcb (кА/м) – величина внешнего магнитного поля, требуемого для полного размагничивания магнита, намагниченного до состояния насыщения. Характеризует устойчивость к размагничиванию (ГОСТ 19693).

Максимальное энергетическое произведение, (BH)maxМГсЭ (МГауссЭрстед, в системе СГС) – мощность магнита.

Температурный коэффициент остаточной магнитной индукции, Tc of Br (ТКВr) (% на °C) – характеризует изменение магнитной индукции от температуры.

Максимальная рабочая температура, Tmax (градусов по Цельсию) – предел температуры, при которой магнит временно теряет часть своих магнитных свойств. При последующем охлаждении – все магн.-е свойства восстанавливаются (в отличие от точки Кюри). Превышение нагрева на несколько десятков градусов больше Tmax – может вызвать частичное размагничивание магнетика (после остывания, оставшаяся сила притяжения будет меньше изначальной; при этом, точные измерительные стрелочные приборы и т.п. – уже не годятся для работы).

Точка Кюри, Tcur (°C) – температура, выше которой исчезает намагниченность ферромагнетиков. Никель – +358 °C Железо – +769 °C. Кобальт – +1121 °C

мпаса

У компаса – на географический север (там располагается магнитный Юг, см. рисунок 1) показывает северный полюс его стрелки. С учётом того, что разноимённые полюса притягиваются, можно определить полярность магнита. Цветовая маркировка магнитов может отличаться или отсутствовать, поэтому используют дублирующие стандартные символы полюсности – N (Север, North) и S (Юг, South), W (Запад, West) и E (Восток, East) для ориентировки по сторонам света и работы с топографической картой. Если имеется магнитик с точно известным значением индукции, то можно приблизительно, с невысокой точностью померить силу других магнитов, проведя относительные измерения (по углу отклонения стрелки компаса на определённом расстоянии от тестируемого образца).

Рис.4 Определение полярности магнита с помощью компаса

Применение магнитов в медицине

Магнитотерапия (лечебное использование постоянных, импульсных и переменных магнитных полей) применяется в медицине для профилактики и лечения многих заболеваний. Индукция (у поверхности полюса) применяемых в лечебных целях магнитов (постоянных керамических магнитофоров или индукторов – электромагнитов) составляет, стандартно, порядка 25-40 миллитесл (соответствует 250-400 Гаусс) для постоянного, до 50 мТл – для пульсирующего и 1-5 мТл (в геометрическом центре цилиндрического индуктора-соленоида) для переменного магнитного поля. Продолжительность воздействия, обычно – 10-20 мин. Процедуры проводят 4-6 раз в неделю в количестве 15-20 на курс лечения.

// для применения гражданами в домашних условиях, без контроля врача, официально разрешённый Минздравом РФ уровень магнитных полей – до 30 миллитесл (мТл).

Аппликатором магнитным, с индукцией постоянного поля 10 миллитесл (100 Гауссов) – воздействуют по 8-10 часов в сутки. Его крепят пластырем к биологически активным точкам (БАТ), носят в виде кулона или клипс, а также на поясе. Для магнитопунктуры (акупрессура, точечный массаж с помощью магнитного аппликатора с индукц. до 50 мТл) применяют игольчатые или шаровидные насадки на магнит, воздействуя на биоточки в течение 20-30 секунд (нажатием 5-7 раз на каждую БАТ, последовательно меняя полярность). Полюса магнитов действуют по-разному, в зависимости от полярности и времени суток. Южный полюс магнита – оказывает успокаивающее действие, северный – тонизирующее.

// если нет, под рукой, стандартного магнитного иппликатора, для точечного массажа, его может заменить любая подходящая по форме и размеру железка, если её намагниченность не превышает 30мТл (это, а ещё и полярность, легко можно выяснить с помощью обычного походного, туристического компаса (смотри рисунок 4) – если есть превышение тридцатки, по индукции, то его стрелка начнёт реагировать, отклоняться с расстояния, дальше 15 сантиметров).

Суммарная индукция всех установленных пациенту магнитных индукторов постоянного поля – не должна превышать 50 миллитесл (примерная сила магнитов от обоих наушников обычного плеера), при пятнадцатиминутной непрерывной процедуре. Импульсные источники – до 500-1400 мТл в сотые доли секунды.

Показания к магнитотерапии: атеросклероз, заболевания нервной системы, гипертония, боли в сердце и сердцебиение, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, отёки, заболевания кожи, неврозы и др. Магнитотерапия улучшает реологические свойства крови: повышается её текучесть.

ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ к применению магнитов: ранний постинфарктный период, выраженная гипотония, склонность к кровотечениям, системные заболевания крови, беременность, тяжелое течение ишемической болезни сердца, инсульт, злокачественные новообразования, послеоперационный период (при опасности кровотечений), наличие металлических имплантантов, острые инфекционные заболевания и лихорадочные состояния неясной этиологии, индивидуальная непереносимость. Изделия с магнитами нельзя использовать людям с кардиостимулятором или другими электронными приборами в организме и детям до двух лет.

Из новостных лент стало известно, что американские военные испытывают электромагнитную пушку (излучатель), которая вызывает у людей приступы эпилепсии и превращает их в «овощей». Этот вид оружия поступит на вооружение в армию США.

Омагничивание воды

При магнитной (на больших градиентах, в постоянном, переменном или пульсирующем магн. поле; для этого можно использовать электромагниты и соленоиды) активации жидкостей, в том числе и воды, при их турбулентном движении (что, эквивалентно действию переменного магнитн. поля), в результате обработки – происходит размалывание кластеров (это легче осуществляется при достаточно высоких температурах рабочего вещества). Омагниченные жидкости приобретают повышенную текучесть, более однородную структуру и высокую растворяющую способность.

// Турбулентность – вихревые потоки (вортексы, Vortex), деформирующие водяные ассоциаты / кластеры разных размеров (особенно – массивных).

// Существуют старинные способы «оживления» воды. Например, в японской традиции чайной церемонии, напиток взбивают-перемешивают бамбуковыми палочками, в китайской культуре чаепития – переливают с большой высоты (для «дыхания» в о д ы) и т.д.

Намагниченная вода (с микрокластерной структурой – мелкоструктурная, содержащая больше мономолекул Н2О) – легче усваивается организмом, улучшает проницаемость биологических мембран тканевых клеток, чистит сосуды, снижает избыточное количество холестерина в крови и печени, регулирует артериальное давление, нормализует обмен веществ, способствует выведению камней из почек, поэтому – широко применяется в медицине (с использованием физиотерапевтических приборов), для лечения и профилактики многих болезней, а так же в сельском хозяйстве – для полива растений (одновременно, с растворением и выносом в глубокие горизонты солей – улучшаются почвы, рекультивируются солончаки) и замачивания семян. Полезные, лечебные свойства, после активации, сохраняются у жидкости – в течение первых часов (может быть и дольше, в зависимости от параметров обработки: химического состава, наличия ионов железа и хлоридов, заряда частиц взвесей, достаточной дегазации, величины рH и условий хранения – температуры, вибраций, наводок от внешнего электромагнитного излучения и уровня радиационного фона).

Для быстрой магнитной активации воды нужны достаточно мощные магниты силой 100-200 мТл (1000-2000 Гаусс) и почти непосредственный их контакт с водой (для питьевой воды – через тонкую, герметичную перегородку), учитывая быстрое уменьшение индукции магнитного поля с расстоянием (на порядок – в четырёх-пяти сантиметрах от полюсной поверхности стандартных керамических кольцевых магнитов). Оптимальная, при омагничивании, скорость потока проточной воды – 0.5-2 метра в секунду. Взаимное расположение полюсов активатора в реверсивной (отталкиваются) двухмагнитной системе – N-S S-N или S-N N-S . Водный поток проходит через силовые линии маг. полей разного направления. Расстояние между магнитами (они располагаются внутри герметичного корпуса или снаружи – надетые на устье воронки, на пластмассовую лейку, или на обычный резиновый / пластиковый шланг) – пять-десять сантиметров. Если есть в наличии много штук постоянных ферромагнитов, можно собрать многореверсную схему для полива огорода или водоснабжения: N-SS-NN-SS-N… (поток воды многократно пересекает магнитные поля разного направления), нанизав их на пластиковую трубу (что предпочтительнее, т.к. проще в сборке / модификации, и более гигиенично, чем корпусные модели, которые сложнее очищать).

// Дальность эффективного действия магнитного поля (100-200 мТл) на жидкость – составляет лишь первые сантиметры от поверхности полюса магнита. В десяти-пятнадцати сантиметрах – индукция на два порядка меньше максимальной, что недостаточно для омагничивания воды. Хороший пример устройств для магнитной обработки воды – модели СО-2/3, выпускавшиеся ещё во времена СССР. Сейчас, в магазинах, тоже бывают неплохие аппараты.

По-другому работают магнитные активаторы, используемые для борьбы с накипью и коррозией в теплоэнергетическом оборудовании (в системах горячего водоснабжения и отопления, паровых котлах, теплообменниках, в нефтяной промышленности и т.д.) Жидкости, при их ламинарном движении, обрабатываются постоянным магнитным полем. При этом происходит поляризация прецессии ядерных (протонных) и электронных спинов (времени, на их достаточную раскрутку, требуется немного – примерно 2-3 секунды) и деформация ионов солей в растворе, с их последующей кристаллизацией. В воде, после такой магнитной обработки – улучшается коагуляция примесей и выпадение их в осадок, увеличивается скорость кристаллизации растворённых веществ (не на поверхности нагрева, а в массе воды; образуются кристаллы солей меньших размеров, но в большем их количестве). Образованные агрегатные структуры остаются во взвешенном мелкодисперсном состоянии, в виде хлопьев и рыхлого шлама, и дальше – вымываются потоком воды в шламоуловители. Мелкие ферромагнитные частицы примагничиваются, липнут к стенкам трубы напротив полюсов.

В современных промышленных гидромагнитных системах (ГМС) используют мощные супермагниты на основе сплавов самарий-кобальт или неодим-железо-бор (неодимовые), что позволяет эффективно проводить обработку при увеличенной до 4,0 м/с скорости потока жидкости в трубопроводах большого сечения. При этом, существенно увеличивается срок службы оборудования и уменьшается потребление реагентов.

// для локального удаления накипи (котельного камня – известковых отложений карбоната кальция, содержащегося в «жесткой» воде) и очистки от других отложений на стенках паровых котлов – эффективно применяется акустический, ультразвуковой метод защиты.

Магниты с индукцией у полюсов 0.05-0.5 Тл (оптимальная сила поля в рабочей зоне имеет величину 0.1-0.2Тл = 1000-2000 Гаусс), располагаются на магнитопроницаемых трубах (из пластика или магнитомягкого металла), до насосного оборудования (в 1 – 5 метрах) или более чем через 15 м после него. Монтаж – не обязательно в виде врезки (в варианте фланцевых вставок), могут быть и внешние накладки (электромагнитные системы). Если на стенках труб отопления или радиаторов есть накипь (отложения солей), то – омагниченная вода растворяет и удаляет её. Обработанная магнитным полем вода может сохранять антинакипный эффект достаточно долго – до недели (в зависимости от условий хранения, особенно – температуры, уровня исходной общей минерализации, интенсивности перемешивания и хим. состава).

// так как омагничивание постоянным нереверсивным магнитным полем, в ламинарном потоке или в стоячей воде, кристаллизует и осаждает некоторые растворенные соли – применять такую воду можно только в технических целях.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Предельно допустимые уровни (ПДУ) постоянного магнитного поля (по времени, в течение трудового дня), воздействие которых не вызывает заболеваний или отклонений в состоянии здоровья в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколения. Для условий общего (на все тело) и локального (кисти рук, предплечье) воздействия. Таблица по нормам СанПиН 2.2.4.1191-03 (2003 г.) в производственных условиях.

// Уровень постоянного магнитного поля оценивают в единицах напряженности магнитного поля (Н) в А/м (ампер, килоампер на метр) или в ед. магнитной индукции (В) в мТл (миллитесл).

Для переменного / периодического магнитного поля (ПМП) частотой 50 Гц – нормы жестче:

Время пребывания (час) и Допустимые уровни МП, Н [А/м] / В [мкТл] при воздействии общем локальном 1 1600 / 2000 6400 / 8000 2 800 / 1000 3200 / 4000 4 400 / 500 1600 / 2000 8 80 / 100 800 / 1000

// 1000 мкТл = 1 мТл

При необходимости пребывания персонала в зонах с различной напряженностью (индукцией) ПМП, общее время выполнения работ в этих зонах не должно превышать предельно допустимое для зоны с максимальной напряженностью.

Помочь этому сайту

[ на главную страницу ]

Р а з м е с т и т ь о б ъ я в л е н и е

Проектирование (полный пакет документации, чертежи, расчеты), монтаж теплоэнергетического оборудования в зданиях и сооружениях. лист рифленый чечевица купить | люстры

Магнитики на холодильник – сувениры. Разновидности современных постоянных магнитов и промышленные электромагниты.

Copyright © 2007-2022, KAKRAS.RU

Типы постоянных магнитов

Генератор на неодимовых магнитах

Всего существует пять типов постоянных магнитов, каждый из которых изготовляется по-разному на основе материалов с отличающимися свойствами:

• альнико;
• ферриты;
• редкоземельные SmCo на основе кобальта и самария;
• неодимовые;
• полимерные.

Альнико

Это постоянные магниты, состоящие в основном из комбинации алюминия, никеля и кобальта, но могут также включать медь, железо и титан. Благодаря свойствам магнитов альнико, они могут работать при самых высоких температурах, сохраняя свой магнетизм, однако они легче размагничиваются, чем ферритовые или редкоземельные SmCo. Они были первыми серийными постоянными магнитами, заменяющими намагниченные металлы и дорогие электромагниты.

Применение:

• электродвигатели;
• термическая обработка;
• подшипники;
• аэрокосмические аппараты;
• военная техника;
• высокотемпературное погрузо-разгрузочное оборудование;
• микрофоны.

Ферриты

Для изготовления ферритовых магнитов, известных еще как керамические, применяются карбонат стронция и оксид железа, в соотношении 10/90. Оба материала в изобилии и экономически доступны.

Из-за низких издержек производства, устойчивости к нагреву (до 250°C) и коррозии ферритовые магниты – одни из самых популярных для повседневного применения. Они имеют большую внутреннюю коэрцитивность, чем альнико, но меньшую магнитную силу, чем неодимовые аналоги.

Применение:

• звуковые колонки;
• охранные системы;
• большие пластинчатые магниты для удаления загрязнения железом технологических линий;
• электродвигатели и генераторы;
• медицинские инструменты;
• подъемные магниты;
• морские поисковые магниты;
• устройства, основанные на работе вихревых токов;
• выключатели и реле;
• тормоза.

Редкоземельные магниты SmCo

Магниты из кобальта и самария работают в широком температурном диапазоне, имеют высокие температурные коэффициенты и высокую коррозионную стойкость. Этот вид сохраняет магнитные свойства даже при температурах ниже абсолютного нуля, что делает их популярными для использования в криогенных установках.

Применение:

• турботехника;
• насосные муфты;
• влажные среды;
• высокотемпературные устройства;
• миниатюрные гоночные автомобили с электроприводом;
• радиоэлектронные устройства для работы в критических условиях.

Неодимовые магниты

Сильнейшие существующие магниты, состоящие из сплава неодима, железа и бора. Благодаря их огромной силе, даже миниатюрные магниты эффективны. Это обеспечивает универсальность использования. Каждый человек постоянно находится рядом с одним из неодимовых магнитов. Они есть, например, в смартфоне. Изготовление электродвигателей, медтехника, радиоэлектроника опираются на сверхпрочные неодимовые магниты. Из-за их сверхпрочности, огромной магнитной силы и стойкости к размагничиванию возможно изготовление образцов до 1 мм.

Применение:

• жесткие диски;
• звуковоспроизводящие устройства – микрофоны, акустические датчики, наушники, громкоговорители;
• протезы;
• насосы с магнитной связью;
• дверные доводчики;
• двигатели и генераторы;
• замки на ювелирных изделиях;
• сканеры МРТ;
• магнитотерапия;
• датчики ABS в автомобилях;
• подъемное оборудование;
• магнитные сепараторы;
• герконовые переключатели и т. д.

Полимерные магниты

Гибкие магниты содержат магнитные частицы, находящиеся внутри полимерного связующего. Используются для уникальных устройств, где невозможна установка твердых аналогов.

Применение:

• дисплейная реклама – быстрая фиксация и быстрое удаление на выставках и мероприятиях;
• знаки транспортных средств, учебные школьные панели, логотипы компаний;
• игрушки, головоломки и игры;
• маскирование поверхностей для окраски;
• календари и магнитные закладки;
• оконные и дверные уплотнения.

Большинство постоянных магнитов являются хрупкими и не должны использоваться в качестве структурных элементов. Они изготавливаются в стандартных формах: кольца, стержни, диски, и индивидуальных: трапеции, дуги и др. Неодимовые магниты из-за высокого содержания железа подвержены коррозии, поэтому покрываются сверху никелем, нержавеющей сталью, тефлоном, титаном, каучуком и другими материалами.

Использование неодимовых магнитов

Стоит подробно рассмотреть, что такое неодимовый магнит? Это материал, который способен фиксировать потребление воды, электричества и газа в счетчиках, да и не только. Этот вид магнита относится к постоянным и редкоземельным материалам. Он устойчив перед силой магнитных полей других сплавов и не подвержен размагничиванию.

Изделия из неодима используют в медицинских и промышленных отраслях. Также в бытовых условиях их применяют для крепления портьер, элементов декора, сувениров. Они применяются в поисковых приборах и в электронике.

Для продления срока службы магниты такого типа покрывают цинком или никелем. В первом случае напыление более надежное, так как устойчиво к агрессивным средствам и выдерживает температуру выше 100оС. Сила магнита зависит от его формы, размера и количества неодима, входящего в состав сплава.