ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Факультет металлургии и теплоэнергетики Кафедра физики Доклад на тему " Использование магнитных свойств вещества в технике " Дисциплина: «Физика» Выполнил студент гр. ЗК-20 Сологуб М. В. Проверил: Логинова Е. Н. г. Донецк, ДОННТУ-2021 2 Содержание Введение ................................................................................................................... 3 1. Использование магнитных свойств вещества в строительстве. .................. 4 2. Использование магнитных свойств вещества в электротехнических приборах. .................................................................................................................. 6 3. Использование магнитных свойств вещества в радиоэлектрики. ............... 8 Заключение ............................................................................................................ 12 Литература ............................................................................................................. 13 3 Введение Человеку давно известны магнитные свойства вещества. Таким примером является английский физик Гильберт Уильям и его труд «О магните, магнитных телах и большом магните — Земле...», изданный в 1600 году. В этой книге описано более 600 проделанных Гильбертом опытов и изложены выводы, к которым пришел ученый. Именно в данной работе было сделано предположение, что Земля является гигантским магнитом. С развитием науки области применения магнитных свойств очень сильно расширилась. Это такие области как электротехнические приборы, медицина, строительство, радиоэлектроника и т.д. 4 1. Использование магнитных свойств вещества в строительстве. Одним из интересных примеров использования действия магнитного поля на вещество в промышленности является омагничивание воды. Пройдя через магнитное поле, вода приобретает новые свойства. Такая вода не образовывает накипи в паровых котлах, что позволяет использовать ее без дополнительной химической обработки. Бетон, замешанный на омагниченной воде, прочнее, чем обычный. Принцип действия новых магнитных аппаратов умягчения воды основан на комплексном многофакторном воздействии магнитного поля, генерируемого постоянными магнитами на растворённые в воде гидратированные катионы металлов и структуру гидратов и водных ассоциатов, что приводит к изменению скорости электрохимической коагуляции (слипания и укрупнения) дисперсных заряженных частиц в потоке намагниченной жидкости и образованию многочисленных центров кристаллизации, состоящих из кристаллов практически одинакового размера (слайд 4). В процессе магнитной обработки воды происходят несколько процессов: –смещение электромагнитным полем равновесия между структурными компонентами воды и гидратированными ионами; –увеличение центров кристаллизации растворенных в воде солей в заданном объеме воды на микровключениях из дисперстных феррочастиц; –изменение скорости коагуляции и седиментации дисперсных частиц в обрабатываемом магнитном поле потоке жидкости. В конструкциях магнитных аппаратов NEPTUN (слайд 5) применяются постоянные магниты на основе современных порошкообразных носителей – сплавов редкоземельных металлов неодима (Nd), железа (Fe), титана (Ti) и бора (B). Магниты из редкоземельных сплавов обладают большим сроком эксплуатации более 30 лет, намагниченностью 1500–2400 кА/м, остаточной 5 индукцией 1,2–1,3 Тл, энергией магнитного поля 280–320 кД/м3 и не теряют своих свойств при нагреве до 180 0 С и выше. Основным элементом магнитного преобразователя является многополюсный магнит цилиндрической формы, создающий симметричное магнитное поле, аксиальная и радиальная составляющие которого при переходе от полюса к полюсу магнита меняют направление на противоположное. За счет соответствующего расположения магнитов, создающих высоко градиентные поперечные магнитные поля по отношению к водяному потоку, достигается максимальная эффективность воздействия магнитного поля на растворенные в воде ионы накипеобразующих солей. В результате кристаллизация накипеобразующих солей происходит не на стенках теплообменников, а в объеме жидкости в виде мелкодисперсной взвеси, которая удаляется потоком воды при продувке системы в специальные отстойники или грязевики, устанавливаемые в любой системе отопления, горячего водоснабжения, а также в технологических системах различного назначения. Оптимальный промышленных интервал магнитных скоростей движения преобразователей потока составляет воды для 0,5–4,0 м/с, оптимальное давление – 16 атм. Срок эксплуатации составляет, как правило, более 30 лет. Эти аппараты могут быть установлены как в промышленных, так и в бытовых условиях: в магистралях, подающих воду в водопроводные сети, бойлерах, проточных водонагревателях, паровых и водяных котлах, системах водонагрева различного технологического оборудования (компрессорные станции, электрические машины, термическое оборудование и др.). 6 2. Использование магнитных свойств вещества в электротехнических приборах. Одним из интересных примеров использования действия магнитного поля на вещество в электротехнических приборах является магнитопровод. Электротехническая промышленность широко использует взаимную зависимость электрической и магнитной энергий, переход их из одного состояния в другое. На этом принципе работают многочисленные трансформаторы, дроссели, контакторы, реле, пускатели, электродвигатели, генераторы и другие подобные устройства. В их конструкцию входит магнитопровод, пропускающий магнитный поток, возбужденный прохождением электрического тока, для дальнейшего преобразования электрической энергии (слайд 7). Он является одной из составных частей магнитной системы электротехнических устройств. Магнитопровод электротехнического изделия (устройства) (Coil flux guide) - магнитная система электротехнического изделия (устройства) или совокупность нескольких ее частей в виде отдельной конструктивной единицы (ГОСТ 18311-80). Назначение магнитопровода заключается в создании для магнитного потока замкнутого сопротивлением. изготавливают пути, Поэтому из обладающего минимальным магнитопроводы материалов, обладающих для магнитным трансформаторов высокой магнитной проницаемостью в сильных переменных магнитных полях. Материалы должны иметь малые потери на вихревые токи, чтобы не перегревать магнитопровод при достаточно больших значениях магнитной индукции, быть достаточно дешевыми и не требовать сложной механической и термической обработки. 7 Магнитные материалы, используемые для изготовления магнитопроводов, выпускаются в виде отдельных листов, либо в виде длинных лент определенной толщины и ширины и называются электротехническими сталями. Листовые стали (ГОСТ 802-58) изготавливаются методом горячей и холодной прокатки, ленточные текстурованные стали (ГОСТ 9925-61) только методом холодной прокатки. Также применяют железноникелевые сплавы с высокой магнитной проницаемостью, например, пермаллой, перминдюр и др. (ГОСТ 10160-62), и низкочастотные магнитомягкие ферриты. Для изготовления разнообразных относительно недорогих трансформаторов широко применяются электротехнические стали, имеющие небольшую стоимость и позволяющие трансформатору работать как при постоянном подмагничивании магнитопровода, так и без него. Наибольшее применение нашли холоднокатаные стали, имеющие лучшие характеристики по сравнению со сталями горячей прокатки. Сплавы с изготовления высокой магнитной импульсных проницаемостью трансформаторов и применяют для трансформаторов, предназначенных для работы при повышенных и высоких частотах 50 – 100 кГц. Недостатком таких сплавов является их высокая стоимость. Так, например, стоимость пермаллоя в 10 – 20 раз выше стоимости электротехнической стали, а пермендюра – в 150 раз. Однако в ряде случаев их применение позволяет существенно снизить массу, объем и даже общую стоимость трансформатора. Другим их недостатком является сильное влияние на магнитную проницаемость постоянного подмагничивания, переменных магнитных полей, а также низкая стойкость к механическим воздействиям – удар, давление и т.п. 8 Из магнитомягких низкочастотных ферритов с высокой начальной проницаемостью изготавливают прессованные магнитопроводы, которые применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, работающих на высоких частотах от 50 – 100 кГц. Достоинством ферритов является невысокая стоимость, а недостатком является низкая индукция насыщения (0,4 – 0,5 Т) и сильная температурная и амплитудная нестабильность магнитной проницаемости. Поэтому их применяют лишь при слабых полях. Выбор магнитных материалов производится исходя из электромагнитных характеристик с учетом условий работы и назначения трансформатора. 3. Использование магнитных свойств вещества в радиоэлектрики. Одним из интересных примеров использования действия магнитного поля на вещество в радиоэлектрики являются ферриты. Ферриты широко используются в современной радиотехнической аппаратуре, в автоматике, телемеханике. Радиолюбители в своей практике имеют дело почти всегда с сердечниками из магнитомягких ферритов, применяя их в высокочастотных (ВЧ) катушках, дросселях и трансформаторах, в магнитных антеннах, в трансформаторах строчной развёртки и отклоняющих системах телевизоров, в трансформаторах преобразователей постоянного напряжения и т.д (слайд 9). Обозначение марки феррита состоит из букв и одного-двух чисел. В обозначении марки магнитомягкого феррита, предназначенного для применения на частотах выше 5 МГц, имеются буквы ВЧ (высокочастотный), а предназначенных для работы на более низких частотах — буква Н (низкочастотный). Вторая буква Н и М означает никель-цинковый или марганец-цинковый феррит соответственно. Дополнительно в обозначении марки может быть буква С — феррит для работы в сильных магнитных полях 9 (где магнитная индукция более 0, 05 — 0, 1 Т, например, в выходных трансформаторах строчной развёртки телевизоров) или буква И — специальный феррит для работы в импульсных магнитных полях. Отсутствие третьей, дополнительной буквы указывает на то, что феррит предназначен для работы в слабых синусоидальных полях, например, в катушках контуров радиоприёмников. Число впереди букв указывает среднее значение начальной магнитной проницаемости феррита. После букв может стоять (не обязательно) число или буква для обозначения феррита по некоторым свойствам. Например, 2000НМ, 1200НН, 30ВЧ2, 55НН1. Ферриты можно приклеивать к металлическим поверхностям и склеивать между собой. Разумеется, ферриты притягиваются магнитом. Ферриты представляют собой сплав оксида железа с оксидом другого ферромагнитного металла: медь, цинк, кобальт, никель и т. д. В промышленном применении наибольшее распространение получили следующие типы ферритов: Никель-цинковый феррит. Имеют свойства высокого удельного электросопротивления, что делает их более выгодными в использовании на частоте от 500 КГц до 200 МГц. Магний-марганцевый. Их применяют при работе со звуковыми частотами. Марганцово — цинковый. Данный тип имеет наименьшие потери на вихревые токи. 4. Использование магнитных свойств вещества в медицине. Одним из интересных примеров использования действия магнитного поля на вещество в медицине является магнитотерапия. 10 Магнитотерапия – это популярный физиотерапевтический прием, основанный на влиянии низкочастотных магнитных полей переменного или постоянного действия на проблемную зону организма. Используется в лечебнопрофилактических целях в качестве базового, дополняющего метода или в качестве альтернативы медикаментозной терапии. Среди преимуществ магнитотерапии: широкий спектр применения; естественность процесса (толерантное воздействие на ткани и органы); безопасность; лояльная стоимость. Технология магнитотерапии основана на законах физики. В ходе воздействия поля на организм, диполи (молекулы воды, находящиеся в тканях) «намагничиваются». Происходит слияние свободных радикалов – веществ, «отвечающих» за старение и разрушение клеток, а также вызывающих процесс воспаления. Метод магнитотерапии – аутентичный для человеческого организма: внутри нас имеется магнитное поле, деструкция которого провоцирует: физическое недомогание; ухудшение психоэмоционального фона; развитие различных болезней. Улучшить состояние человека способна так называемая корректировка магнитного поля – своего рода, подзарядка энергии и сил, которую дает магнитотерапия. Влияние низкочастотного переменного магнитного поля происходит в целом на систему органов либо на отдельную его часть. Магнитные свойства 11 передаются присутствующим в теле жидким компонентам: клеткам крови, лимфы, молекулам воды. В результате усиления проницаемости мембраны клеток, улучшается динамика окислительно-восстановительных процессов, повышается ферментативная активность, активируется местное кровоснабжение. Магнитное поле проникает на глубину до 5 см, не травмируя ткани. Процедура безболезненная и предельно щадящая, а потому ее отлично переносят даже пациенты в возрасте, ослабленные люди и те, кому другие терапевтические мероприятия по ряду причин противопоказаны или недоступны. Благодаря универсальности, магнитотерапия, как профилактики и реабилитации, используется при наличии: мазевых накладок; гипса; шин и других временных приспособлений. метод лечения, 12 Заключение Применение магнитных свойств вещества развивается на сегодняшний момент во многих областях. Было рассмотрено несколько основных областей: медицина, электротехнические приборы, радиоэлектроника, промышленность. На самом деле таких областей очень много и с каждым годом их количество растет. Со временем магнитные свойства вещества станут неотъемлемой частью жизни человека. Наука не стоит на месте. Она развивается и совершенствуется. 13 Литература 1. https://sesaga.ru/ustrojstvo-i-princip-raboty-transformatora.html 2. https://knowledge.allbest.ru/chemistry/2c0b65635b3bd79a5c53a88421306c26_0.ht ml 3. https://prompriem.ru/stati/ferrit.html 4. https://pirogov-clinic.com.ua/services/fizioterapiya/magnitoterapiya/ 5. https://san-detal.ru/magnitnaja-obrabotka-vody-princip-phakty-mnenija-a- 50.html 6. https://neptunfilter.ru/articles/magnetic-converters-industrial-use/
