ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Факультет металлургии и теплоэнергетики Кафедра физики Реферат на тему " Использование магнитных свойств вещества в технике " Дисциплина: «Физика» Выполнил студент гр. ЗК-20 (подпись) Сологуб М. В. (Ф.И.О.) (подпись) Логина Е. Н. (Ф.И.О.) Проверил: г. Донецк, ДОННТУ-2021 Содержание 1. Магнитные свойства вещества ........................................................... 3 2. Магнитная обработка воды ................................................................. 6 2.1. Принцип работы устройств для магнитной обработки воды ....... 7 2.2. Действие магнитного поля на воду ................................................. 9 3. Магнитопровод ................................................................................... 10 4. Ферриты............................................................................................... 18 5. Магнитотерапия.................................................................................. 21 5.1. Механизм действия магнитотерапии. ................................................ 22 5.2. Лечебные эффекты магнитотерапии. ................................................. 26 Литература ................................................................................................... 27 1. Магнитные свойства вещества Всякое вещество является магнетиком, т.е. способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться). По величине и направлению этого момента, а также по причинам, его породившим, все вещества делятся на группы. Основные из них – диа- и парамагнетики. Молекулы диамагнетика собственного магнитного момента не имеют. Он возникает у них только под действием внешнего магнитного поля и направлен против него. Таким образом, результирующее магнитное поле в диамагнетике меньше, чем внешнее поле, правда, на очень малую величину. Это приводит к тому, что при помещении диамагнетика в неоднородное магнитное поле он стремится сместиться в ту область, где напряжение магнитного поля меньше. Молекулы (или атомы) парамагнетика имеют собственные магнитные моменты, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающее внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле. Так, например, жидкий кислород - парамагнетик, он притягивается к магниту. Магнитная проницаемость конкретного вещества зависит от многих факторов: напряженности магнитного поля, формы рассматриваемого поля (так как конечные размеры любого магнетика приводят к появлению встречного поля, уменьшающего первоначальное), температуры, частоты изменения магнитного поля, наличия дефектов структуры и т.д. Существует ряд веществ, в которых квантовые эффекты межатомных взаимодействий приводят к появлению специфических магнитных свойств. Наиболее интересное свойство - ферромагнетизм. Оно характерно для группы веществ в твердом кристаллическом состоянии (ферромагнетиков), характеризующихся параллельной ориентацией магнитных моментов атомных носителей магнетизма. Параллельная ориентация магнитных моментов существует в довольно больших участках вещества - доменах. Суммарные магнитные моменты отдельных доменов имеют очень большую величину, однако сами домены обычно ориентированы в веществе хаотично. При наложении магнитного поля происходит ориентация доменов, что приводит к возникновению суммарного магнитного момента у всего объема ферромагнетика, и, как следствие, к его намагничиванию. Естественно, что ферромагнетики, как и парамагнетики, перемещаются в ту точку поля, где напряженность максимальная (втягиваются в магнитное поле). Из-за большой величины магнитной проницаемости сила, действующая на них, гораздо больше. Существование доменов в ферромагнетиках возможны только ниже определенной температуры (точка Кюри). Выше точки Кюри тепловое движение нарушает упорядоченную структуру доменов и ферромагнетик становится обычным парамагнетиком. Диапазон температур Кюри для ферромагнетиков очень широк: у радолиния температура Кюри 200 C, для чистого железа - 1043 К. Практически всегда можно подобрать вещество с нужной температурой Кюри. При понижении температуры все парамагнетики, кроме тех, у которых парамагнетизм обусловлен электронами проводимости, переходят либо в ферромагнитное, либо в антиферромагнитное состояние. У некоторых веществ (хром, марганец) собственные магнитные моменты электронов ориентированы антипараллельно (навстречу) друг другу. Такая ориентация охватывает соседние атомы, и их магнитные моменты компенсируют друг друга. В результате антиферромагнетики обладают крайне малой магнитной восприимчивостью и ведут себя как очень слабые парамагнетики. Для антиферромагнетиков также существует температура, при которой антипараллельная ориентация спинов исчезает. Эта температура называется антиферромагнитной точкой Кюри или точкой Нееля. У некоторых ферромагнетиков (эрбин, диоброзин, сплавов марганца и меди) таких температур две (верхняя и нижняя точка Нееля), причем антиферромагнитные свойства наблюдаются только при промежуточных температурах. Выше верхней точки вещество ведет себя как парамагнетик, а при температурах, меньших нижней точки Нееля, становится ферромагнетиком. Необратимое изменение намагниченности ферромагнитного образца, находящегося в слабом постоянном магнитном поле, при циклическом изменении температуры называется температурным магнитным гистерезисом. Наблюдается два вида гистерезиса, вызванных изменением доменной и кристаллической структуры. Во втором случае точка Кюри при нагреве лежит выше, чем при охлаждении. Ферримагнетизм - (или антиферромагнетизм нескомпенсированный) совокупность магнитных свойств веществ (ферромагнетиков) в твердом состоянии, обусловленных обменного взаимодействия, наличием внутри стремящегося тела создать межэлектронного антипараллельную ориентацию соседних атомных магнитных моментов. В отличие от антиферромагнетиков, соседние противоположно направленные магнитные моменты в силу каких-либо причин не полностью компенсируют друг друга. Поведение ферримагнетика во внешнем поле во многом аналогично ферромагнетику, но температурная зависимость свойств имеет иной вид: иногда существует точка компенсации суммарного магнитного момента при температуре ниже точки Нееля. По электрическим свойствам ферромагнетики - диэлектрики или полупроводники. Суперпарамагнетизм - квазипарамагнитное поведение систем, состоящих из совокупности экстремально малых ферро- или ферримагнитных частиц. Частицы этих веществ при определенно малых размерах переходят в однодоменное состояние с однородной самопроизвольной намагниченностью по всему объему частицы. Совокупность таких веществ ведет себя по отношению к воздействию внешнего магнитного поля и температуры подобно парамагнитному газу (сплавы меди с кобальтом, тонкие порошки никеля и т.д.). Очень малые частицы антиферромагнетиков также обладают особыми свойствами, похожими на суперпарамагнетизм, поскольку в них происходит нарушение полной компенсации магнитных моментов. Аналогичными свойствами обладают и тонкие ферромагнитные пленки. Суперпарамагнетизм применяется в тонких структурных исследованиях, в методах неразрушающего определения размеров, форм, количества и состава магнитной фазы и т.п. Пьезомагнетики - вещества, у которых при наложении упругих напряжений возникает спонтанный магнитный эффект, пропорциональный первой степени величины напряжений. Этот эффект весьма мал и легче всего его обнаружить в антиферромагнетиках. Магнитоэлектрики - вещества, у которых при помещении их в электрическое поле возникает магнитный момент, пропорциональный значению поля. 2. Магнитная обработка воды Магнитная обработка воды - это процесс целенаправленного воздействия на воду магнитным полем. При определенных значениях магнитной индукции и скорости движения воды возникает эффект магнитогидродинамического резонанса. Совпадение частоты силы Лоренца и собственных колебаний воды инициирует фазовый переход второго рода - изменение структуры вещества без изменения его агрегатного состояния. Структурированная вода обладает уникальными физическими, химическими и биологическими свойствами. Так, например, использование структурированной воды для производства водяного пара обеспечивает снижение потребления энергии на 10-15%, а при производстве бетона обеспечивает экономию цемента 15-20%. В воде, прошедшей магнитную обработку, заметно увеличивается эффективность процессов, широко технологических установках. В процессы флоккуляции, используемых структурированной коагуляции и в различных воде ускоряются седиментации, повышается эффективность фильтрации и экстракции. Магнитная обработка обеспечивает замедление коррозийных процессов, радикальное снижение скорости роста минеральных и биологических отложений, снижает эксплуатационные затраты и энергоемкость производства. В теплоэнергетике перспективно использование магнитной обработки при водоподготовке для умягчения воды (уменьшения концентраций растворенных в воде ионов Ca2+ и Mg2+, ответственных за образование накипи). Кроме того, магнитная обработка воды помогает не только предотвращать выпадение накипеобразующих солей из воды, но и значительно уменьшать отложения органических веществ, например, парафинов. Для удаления из воды трудно осаждаемых тонких взвесей (мути) используется способность омагниченной воды изменять агрегатную устойчивость и ускорять коагуляцию (слипание и осаждение) взвешенных частиц с последующим образованием мелкодисперстного осадка, что способствует извлечению из воды разного рода взвесей. Омагничивание воды может применяться на водопроводных станциях при значительной мутности природных вод; аналогичная магнитная обработка промышленных стоков позволяет достаточно быстро и эффективно осаждать мелкодисперсные загрязнения. 2.1. Принцип работы устройств для магнитной обработки воды Молекулу воды можно представить, как элементарный диполь - частицу с положительно заряженным и отрицательно заряженным полюсами. Под действием сил взаимного притяжения и отталкивания молекулы воды - диполи образуют так называемые кластеры. Действие сил взаимного притяжения довольно мало, поэтому диполи могут свободно отрываться от кластеров, примыкать к другим кластерам и т.д. Точно также кластеры могут образовываться вокруг примесей присутствующих в воде. При этом, несмотря на то, что молекулы воды могут свободно покидать кластеры и примыкать к соседним кластерам, в целом эта структура вполне стабильна. Таким образом, растворенные в воде соли постоянно окружены молекулами воды. В нашем случае ионы кальция не могут вступить во взаимодействие с другими примесями, чтобы осесть на их поверхности либо образовать иную химическую структуру, которая не выпадала бы в виде накипи. При нагревании кластерная структура становится нестабильной, молекулы воды больше не обволакивают примеси и растворенные соли могут свободно вступать в реакцию с другими солями. Так некоторые соли кальция при нагревании образуют карбонат кальция CaCO3, который и высаживается на нагревательных поверхностях в виде накипи. При магнитной обработке в устройстве на молекулы воды и примеси действует магнитное поле. Диполи попадают в резонанс, и кластерная структура молекул воды разрушается. Примеси освобождаются от опеки водных кластеров и могут вступать во взаимодействие друг с другом. При этом уже в холодной воде ионы кальция начинают осаждаться на поверхности свободных примесей - центрах кристаллизации, образуя так называемые микрокристаллы. Процесс этот лавинообразный - новые ионы кальция прикрепляются к уже высадившемуся кальцию на поверхности микрокристаллов. Таким образом, ионы кальция, уже осевшие на центрах кристаллизации, не выпадают в виде накипи на нагревательных поверхностях. Микрокристаллы остаются в толще воды и выносятся в дренаж. Более того - ионы кальция из уже выпавшей накипи начинают отрываться и присоединяются ко вновь образованным микрокристаллам. Со временем старая накипь разрыхляется и полностью вымывается с поверхности труб и нагревательных элементов. Если же устройство магнитной обработки устанавливается на новое оборудование или на оборудование после очистки, то накипь не выпадает. Кроме того, с течением времени на поверхности труб образуется тонкая оксидная пленка, защищающая оборудование от коррозии. Вода, обработанная устройством магнитной обработки, сохраняет свои свойства в течение некоторого времени - от 10 часов до 8 суток, в зависимости от состава воды и условий эксплуатации. Как правило, этого времени более чем достаточно для получения успешных результатов. 2.2. Действие магнитного поля на воду Когда диполи воды проходят через магнитное поле устройства, на них действует так называемая сила Лоренца. Воздействие Силы Лоренца описывается следующим выражением: 𝐹Лоренца = ±𝑄(𝑉 × 𝐵) где: Q - Заряд ионов, V - Скорость потока, B Магнитная индукция. Как устройство магнитной обработки воды использует Силу Лоренца: Когда вода течет в устройстве, она проходит через магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами. При этом под действием силы Лоренца молекулы воды начинают совершать колебательные движения. Магниты расположены определенным образом - так, чтобы магнитное поле устройства вызвало резонанс диполей воды. Вызванный таким образом резонанс, приводит к отделению молекул воды от микровключений. Свойства используемых магнитов: в устройствах магнитной обработки МПВ MWS (magnetic water systems) применяются очень мощные постоянные магниты на основе редкоземельных металлов. Вследствие этого на молекулы воды действует гораздо большая сила Лоренца по сравнению с устройствами на магнитах из феррита Бария, керамических магнитах или электромагнитах. 3. Магнитопровод Магнитопровод представляет собой магнитную систему трансформатора, по которой замыкается основной магнитный поток. Одновременно магнитопровод служит основой для установки и крепления обмоток, отводов, переключателей и других деталей активной части трансформатора. Магнитопровод собирают электротехнической стали, из отдельных изолированных друг тонких от пластин друга пленкой специального жаростойкого покрытия или лака. Жаростойкое покрытие обычно наносят непосредственно на металлургическом заводе, изготовляющем сталь; пленку лака — на трансформаторном заводе после резки (штамповки) пластин. Магнитопроводы выполняют двух типов: стержневого и броневого. В магнитопроводе стержневого типа (рисунок 1, а) вертикальные стержни 1 имеют ступенчатое сечение, вписывающееся в круг. На них расположены обмотки 2 цилиндрической формы. Части магнитопровода, не имеющие обмоток и служащие для образования замкнутой цепи, называют ярмами. В броневом магнитопроводе (рисунок 1, б) стержни расположены горизонтально и имеют прямоугольное поперечное сечение. Соответственно этому и обмотки такого магнитопровода имеют прямоугольную форму. Из-за очень сложной технологии изготовления броневую конструкцию применяют только для некоторых типов специальных трансформаторов; все силовые трансформаторы конструкцию. отечественного производства имеют стержневую а — стержневая; б – броневая; 1 — стержень; 2 – обмотки; 3 — ярмо Рисунок 1 - Основные типы конструкций магнитопроводов По способу соединения стержней с ярмами различают стыковую и шихтованную конструкции стержневого магнитопровода. При стыковой конструкции стержни и ярма собирают раздельно, насаживают обмотки на стержни, а затем сверху приставляют верхнее ярмо. Чтобы избежать замыкания пластин, между стыкующимися частями магнитопровода помещают прокладки из электрокартона. После установки верхнего ярма всю конструкцию прессуют и стягивают вертикальными шпильками. Стыковая конструкция существенно облегчает сборку, так как для насадки обмоток достаточно снять верхнее ярмо. Однако необходимость в громоздких стяжных устройствах, а также в механической обработке стыкующихся поверхностей стержней и ярм (что необходимо для уменьшения магнитного сопротивления) привела к тому, что для силовых трансформаторов стыковую конструкцию магнитопроводов не применяют. Чаще всего ее используют для токоограничивающих или шунтирующих реакторов. При шихтованной конструкции стержни и ярма собирают в переплет, т. е. разбивают по толщине на слои (обычно по два или три листа), составленные из отдельных пластин так, чтобы в каждом слое часть пластин стержня заходила в ярмо. При этом пластины одного слоя перекрывают стыки пластин смежного слоя. Преимуществом шихтованной конструкции перед стыковой являются меньшая масса и большая механическая прочность, небольшие зазоры в местах стыков и меньший ток холостого хода трансформаторов. Однако при шихтованной конструкции усложняется сборка трансформатора: для насадки на стержни обмоток приходится сначала расшихтовать верхнее ярмо по отдельным слоям, а затем после насадки обмоток вновь зашихтовать. Эта работа трудоемка и очень ответственна, так как при недостаточно тщательном ее выполнении могут резко ухудшиться характеристики трансформатора. Если после зашихтовки окажутся увеличенными зазоры между пластинами ярма и стержня, это ухудшит условия для прохождения магнитного потока и увеличит ток холостого хода трансформатора. Если по каким-либо причинам в ярмо будет уложено меньше пластин, чем это необходимо, уменьшится его поперечное сечение, следовательно, возрастет плотность магнитных силовых линий (магнитная индукция), увеличатся потери и ток холостого хода. Если при расшихтовке или шихтовке ярма будут небрежно обращаться с пластинами (удары, механические повреждения, порча изоляции), то это также явится причиной ухудшения экономических характеристик трансформатора. В последнее время в конструкции стержневых магнитопроводов внесены значительные изменения. Изменилась форма пластин, из которых собирается магнитопровод: вместо прямоугольных пластин часто применяют пластины, одна или две узкие стороны которых срезаны под углом (чаще всего 45°). «Косой стык» в конструкции магнитопроводов позволяет заметно уменьшить потери холостого хода за счет некоторого усложнения в изготовлении. На рисунке 2, а, б показаны пластины с косым стыком и магнитопровод однофазного трансформатора с косым стыком пластин после расшихтовки верхнего ярма, а на рисунке 3 — часть верхнего ярма (в процессе шихтовки) над крайним и средним стержнями трехфазного трансформатора мощностью 1000 кВА. 1 — магнитопровод; 2 — ярмовая балка; 3 — нижнее ярмо Рисунок 2 - Пластины магнитопровода с косым стыком (а) и магнитопровод однофазного трансформатора с косым стыком пластин после расшихтовки верхнего ярма (б) а — над крайним стержнем; б — над средним стержнем; 1 — пластины крайнего стержня; 2 — верхнее ярмо; 3 — прессующее кольцо; 4 — пластины среднего стержня; 5 — устройство для подъема; 6 — обмотка ВН Рисунок 3 - Магнитопровод трехфазного трансформатора с косым стыком пластин Обмотки стержневого магнитопровода имеют в горизонтальном сечении форму окружности. Для лучшего использования площади круга поперечное сечение стержней магнитопровода также стремятся приблизить к кругу. Однако круглое сечение стержней потребовало бы большого числа различных по ширине пластин стали, что значительно усложнило бы технологию изготовления. Поэтому сечение стержней делают многоступенчатым. Ярма магнитопровода трансформаторов I—III габаритов, выпускавшихся отечественными заводами еще совсем недавно, имели прямоугольную или Тобразную форму со ступенькой, обращенной в сторону «окна» магнитопровода. В новых конструкциях форма сечения ярма (для лучшего распределения магнитного потока) повторяет форму сечения стержня, да и сами стержни стали «полнее»: количество ступеней (пакетов из пластин разной ширины) увеличилось, следовательно, увеличилось и сечение активной стали в площади круга. На рисунке 4 показаны сечения Т-образного и многоступенчатого ярм магнитопроводов трансформаторов I— III габаритов. а — Т-образного, б — многоступенчатого; 1 — верхнее ярмо, 2 — верхняя ярмовая балка, 3 — нижняя ярмовая балка, 4 — нижнее ярмо Рисунок 4 - Форма сечения ярм магнитопроводов трансформаторов I—III габаритов Готовый магнитопровод должен обладать достаточной жесткостью. Неравномерная и недостаточная опрессовка, недобор или перебор пластин в одном из стержней или в ярме вызывают повышенную вибрацию, что может привести к механическому разрушению деталей крепления магнитопровода. Повышенная вибрация сопровождается шумом. Поэтому при сборке магнитопровода пластины стержней и ярм должны быть опрессованы и скреплены как бы в одно целое. Существуют различные способы прессовки. В трансформаторах небольшой мощности стержни прессуют деревянными планками, вбиваемыми при сборке активной части трансформатора между цилиндром внутренней обмотки и стержнем магнитопровода. Эти планки расклинивают стержни относительно обмоток и опрессовывают их. Для прессовки магнитопроводов более мощных трансформаторов широко применяют стяжку стержней металлическими шпильками. До последнего времени в трансформаторостроении широко применялись конструкции магнитопроводов с отверстиями в активной стали. Такие магнитопроводы стягивались горизонтальными шпильками, проходящими в отверстиях, выштампованных в каждой пластине. Шпильки приходилось надежно изолировать от стали во избежание замыкания пластин, которое может вызвать увеличение вихревых токов, местный нагрев и «пожар в стали». Однако конструкции магнитопроводов с отверстиями в активной стали стержней и ярм имеют существенные недостатки. Отверстия штампуются на специальных прессах (эта одна из наиболее трудоемких операций при изготовлении магнитопроводов); вокруг каждого отверстия появляется зона механически деформированной стали (для снятия возникшего наклепа необходим отжиг пластин); отверстия уменьшают сечение и вызывают местное увеличение потерь холостого хода. Наконец, даже самая надежная изоляция шпилек, прессующих стержни и ярма магнитопровода, может с течением времени трансформатора. распространение нарушиться Поэтому в конструкции с тяжелыми последнее так время последствиями получили называемых для широкое бесшпилечных магнитопроводов. Существует довольно много конструкций бесшпилечных магнитопроводов, отличающихся способом прессовки стержней и ярм. Так, у трансформаторов мощностью 250—630 кВА стержни затягивают временными струбцинами еще в горизонтальном положении сразу после сборки. При насадке обмоток (как правило, намотанных на бумажно-бакелитовом цилиндре) струбцины снимают, а между цилиндром и магнитопроводом устанавливают деревянные планки и клинья, жестко прессующие пластины стержня. У трансформаторов большей мощности стержни прессуют стальными бандажами или бандажами из стеклоленты. Чтобы избежать образования замкнутого витка, стальные бандажи выполняют с изолирующей пряжкой. Бандажи из стеклоленты наматывают с помощью специального устройства, позволяющего равномерно укладывать ленту с необходимым для запрессовки стержня натягом. Для прессовки ярм используют или вынесенные за крайние стержни шпильки, стягивающие ярмовые балки (балки при этом делают механически очень прочными), или стальные полубандажи, охватывающие верхние и нижние ярма. В некоторых конструкциях вместо полубандажей ставят стальные шпильки, требующие, однако, некоторого увеличения окна магнитопровода. На рисунке 5 показано ярмо магнитопровода, запрессованное стальными полубандажами. Полубандаж представляет собой стальную ленту 1 шириной 40—60 мм и толщиной 4—6 мм (обычно берут две ленты толщиной по 2—З мм). К концам ленты приваривают стальные шпильки 2, пропускаемые через пластины 3 из прочного изоляционного материала (чаще всего для этих целей применяют стеклопластики). При затяжке гаек 4, наворачиваемых на шпильки, создается необходимое усилие запрессовки ярма. Чтобы избежать замыкания пластин стали ярма полубандажом, под него подкладывают коробочку из электрокартона толщиной 2—3 мм. 1 — стальная лента, 2 – шпилька, 3 — пластина из стеклопластика, 4 — прессующая гайка Рисунок 5 - Ярмо магнитопровода, запрессованное полубандажами Однако одни только полубандажи не могут создать усилий, достаточных для прессовки ярма. Для затяжки ярм обязательно применяют специальные стяжные устройства по торцам магнитопровода, вынесенные за активную сталь. В трансформаторах мощностью 4000—6300 кВА это могут быть просто стальные шпильки, изолированные от возможного замыкания со стержнем бумажно-бакелитовыми трубками, в трансформаторах большей мощности — специальные «коробки», упирающиеся в активную сталь крайних стержней магнитопровода. Для многих трансформаторов применяют прессовку обмоток нажимными кольцами. Дело в том, что в процессе работы происходит постепенная усушка электрокартонных деталей обмоток, особенно если обмотки и активная часть трансформатора были недостаточно просушены при изготовлении. Такая усушка приводит к уменьшению высоты и ослаблению запрессовки обмоток, что резко снижает динамическую прочность трансформатора при коротких замыканиях и может стать причиной его разрушения. Нажимные кольца позволяют создать необходимые усилия запрессовки и, что особенно важно, подпрессовать обмотки, если при ревизии обнаружится ослабление их осевого крепления. До последнего времени нажимные кольца делали из стали. В настоящее время их часто выполняют из различных пластических материалов, главным образом стеклопластиков. На рисунке 6 показаны прессовка обмоток нажимными кольцами и конструкция прессующего устройства. 1 — верхнее ярмо, 2 — обмотка, 3 — прессующее кольцо, 4 — нажимной винт, 5 — ярмовая балка Рисунок 6 - Прессовка обмоток нажимными кольцами и конструкция прессующего устройства Во время работы трансформатора между его обмотками и заземленными частями (например, баком) существует электрическое поле. Все металлические части трансформатора, находящиеся в этом поле, заряжаются, т. е. приобретают некоторый потенциал. Между заряженными деталями и заземленным баком возникают разности потенциалов. Несмотря на малую величину, они могут оказаться достаточными для пробоя небольших изоляционных промежутков, разделяющих металлические части. Пробои нежелательны, так как они ведут к разложению и порче масла и всегда сопровождаются характерным треском, что вызывает сомнения в исправности изоляции трансформатора. Поэтому магнитопровод и детали его крепления обязательно заземляют, т. е. придают им всем одинаковый потенциал — потенциал бака (земли); возникающие при этом электрические заряды по заземлениям «стекают» с металлических деталей трансформатора в землю. Заземляют ярмовые балки, все металлические крепления и детали, за исключением горизонтальных стяжных шпилек, потенциал которых всегда близок к потенциалу стали магнитопровода. Заземление осуществляют с помощью медных лент, вставляемых между пластинами стали магнитопровода и закрепляемых другими концами на ярмовой балке. Верхнюю и нижнюю балки связывают вертикальными стяжными шпильками, а с заземленным баком трансформатора — подъемной шпилькой. Возможны различные схемы заземления металлических деталей: они зависят от конструкции магнитопровода, крепления активной части в баке, связи между отдельными деталями. В любом случае выполнение указаний о заземлении отдельных элементов конструкции трансформатора является обязательным. 4. Ферриты Ферриты — это магнитные материалы, представляющие собой смесь окислов металлов и обладающие ферромагнетизмом. Магнитомягкие ферриты — это ферриты с коэрцитивной силой по индукции не более 4 кА/м. Одним из основных достоинств ферритов является высокое удельное электрическое сопротивление в сочетании с достаточно высоким значением магнитной проницаемости; индукция насыщения ферритов меньше, чем металлических магнитных материалов. Особенно выгодно применение их на высоких частотах при малых индукциях. По электрическим свойствам ферриты представляют собой полупроводники, проводимость которых возрастает с повышением температуры. Эффективная удельная электрическая проводимость ферритов увеличивается с возрастанием частоты. На низких частотах ферриты обладают высокой относительной диэлектрической проницаемостью примерно 105. Одновременно высокое значение относительных магнитной μ и диэлектрической ε проницаемостей может приводить к нежелательному объемному резонансу. При объемном резонансе потери резко возрастают, а магнитная проницаемость уменьшается. Для сердечников из марганец-цинковых ферритов с поперечным сечением 1 см² ε≈105 частота объемного резонанса приблизительно равна 1 МГц. При применении ферритов необходимо учитывать их эксплуатационные характеристики. Область применения каждой марки феррита определяется критической частотой, выше которой резко возрастают потери и снижается магнитная проницаемость. Магнитные свойства ферритов резко меняются при одновременном наложении постоянных и переменных полей. Кроме того, после воздействия таких полей имеет место остаточный магнитный эффект, поэтому сердечники не рекомендуется подвергать намагничиванию полями, превышающими рабочие поля. Механические свойства ферритов подобны свойствам керамических изделий: их режут алмазным инструментом; они хорошо шлифуются и полируются; склеивают их клеем БФ-4. Под воздействием механических нагрузок в сердечниках возникают механические напряжения, что может разрушить сердечник или недопустимо изменить его электромагнитные параметры как во время действия нагрузки так и после нее. Влияние механических нагрузок на электромагнитные параметры сердечников зависит от направления вектора вызываемых ими механических напряжений относительно направления вектора напряженности рабочего поля. К наибольшим изменениям параметров сердечников приводят механические напряжения, действующие перпендикулярно или параллельно направлению магнитного поля. В этих случаях изменения электромагнитных параметров одинаковы и могут отличаться только знаком. При воздействии на сердечники динамических, механических нагрузок (ударов, вибраций) с динамическими рекомендуется допускать импульсами возникновения в менее 5 сердечниках мс не импульсов механических напряжений более 490332 Па (5 кгс/см²). Нельзя допускать непосредственные удары по сердечникам и их падение с высоты на жесткое основание, так как при этом может произойти значительное необратимое изменение значения начальной магнитной проницаемости. Для ферритов, с точки зрения прочности, самыми опасными видами деформации являются растяжение и изгиб. Предел прочности ферритовых материалов при растяжении (1-2)·104 кПа, при изгибе — в 2…2,5 раза больше, а при сжатии — в 10…15 раз больше, чем при растяжении. Механические и теплофизические характеристики ферритов имеют следующие ориентировочные значения: модуль Юнга (0,45…2,15)·108 кПа; модуль сдвига (0,43…7,4)·107 кПа; коэффициент Пуассона 0,22…0,40; удельная теплоемкость ферритов приблизительно равна (0,6…0,9)·10³ Дж/(кг·К), коэффициент теплопроводности приблизительно равен (2,8…5,7) Вт/(м·К), коэффициент линейного расширения приблизительно равен (5…10)·10-6 1/град. При кратковременном воздействии повышенной и пониженной температур и при температурных циклах могут быть остаточные изменения магнитной проницаемости. При увлажнении ферритов более чем на 5% могут незначительно возрасти магнитные потери на средних и высоких частотах из-за изменения электропроводности ферритов и диэлектрических потерь. При использовании ферритов с обмоткой на частотах 3МГц и более изменение диэлектрических характеристик при увлажнении вызывает изменение электромагнитных параметров из-за изменения собственной емкости и ее потерь. Вследствие этого при использовании ферритов на частотах свыше 3 МГц в условиях повышенной влажности рекомендуется применять герметизацию. При радиационном облучении ферритов изменение электромагнитных параметров существенно только при облучении интегральным потоком нейтронов с интенсивностью выше 1·105 нейтронов/см². Под воздействием гамма-нейтронного облучения магнитная проницаемость ферритов уменьшается, особенно у марганец-цинковых ферритов. Ферриты проницаемости, обладают временной которая проявляется нестабильностью в спаде значения магнитной магнитной проницаемости при длительном воздействии положительных температур или длительном хранении. Разомкнутые сердечники характеризуются значением эффективной магнитной проницаемости. Тангенс угла магнитных потерь, температурная и временная нестабильность ориентировочно уменьшаются в Xн/Yе раз, а постоянная гистерезиса — в (Xн/Yе)² раз. 5. Магнитотерапия Магнитотерапия — один из старейших методов физиотерапии. Каждый известный врач древности имел свой рецепт лечения магнитом. Гален, например, применял его в качестве слабительного средства, а также при водянке. Авиценна лечил им болезни печени и селезенки. Парацельс использовал магнит при кровотечениях, грыжах и переломах костей. Ленобль одним из первых ввел магнитотерапию в клинику нервных болезней. Затем метод был дискредитирован Месмером и его последователями в связи с теорией «животного магнетизма» и массовыми сеансами излечения, что на долгие годы оттолкнуло врачей от изучения воздействия МП. Возрождение интереса к магнитотерапии связано с деятельностью итальянца Мажжиорини и француза Шарко (вторая половина XIX века), убедительно доказавшего лечебное влияние МП на психоневрологических больных. Однако бурное развитие электротехники и внедрение в лечебную практику электротерапевтических методов снова привело к забвению магнитотерапии. И только в 50—60- х годах XX столетия магнитотерапия начала возрождаться на новых началах, что дало основание многим авторам назвать ее новым методом физиотерапии. С этих пор началось продолжающееся и сегодня бурное развитие магнитотерапии. В настоящее время МП являются одним из наиболее активно использующихся лечебных факторов. 1. Во-первых, интерес к МП возобновился, благодаря установлению тесной связи между распространением и обострением многих заболеваний (сердечно-сосудистых, психических и др.) и изменение напряженности и других характеристик магнитного поля Земли, что открывало новые горизонты в профилактической медицине. 2. Во-вторых, заметно расширилась сфера применения магнитных материалов и установок в народном хозяйстве (даже в космонавтике), а следовательно, увеличился контингент лиц, подвергающихся действию МП. 3. В-третьих, большое значение имело углубление и расширение наших знаний о первичных, физиологических и лечебных эффектах МП различных параметров. 4. В-четвертых, определенную роль сыграло то, что медицинская промышленность стала выпускать всевозможные устройства для воздействия МП самых различных параметров. 5.1. Механизм действия магнитотерапии. Как известно, в состав тканей входят макромолекулы, являющиеся крупными анизотропными диамагнитными соединениями. МП способны вызывать ориентацию и концентрационные изменения этих сложных биологически активных веществ (ферментов, нуклеиновых кислот, протеинов и т.д.). Это должно отразиться на кинетике биохимических реакций и скорости биофизических процессов, участниками которых являются вышеназванные вещества. Действие МП первично может реализовываться и через химические реакции, протекающие по свободнорадикальному механизму. Свободный радикал содержит по крайней мере один неспаренный валентный электрон, а следовательно, обладает спиновым магнитным моментом и может за счет этого взаимодействовать с внешним МП. Это тем более вероятно, что магнитная восприимчивость свободных радикалов значительно выше, чем у самых сильных диамагнетиков и многих парамагнетиков. Последствием такого взаимодействия будет изменение скорости биохимических реакций, протекающих с участием свободных радикалов. При оценке биологической значимости этого механизма первичного действия МП надо учитывать два обстоятельства. Во-первых, к свободнорадикальным относятся реакции, происходящие с участием кислорода и многих энергетических субстратов, а также большинство ферментативных реакций, т.е. наиболее важные для жизнедеятельности организма процессы. Во-вторых, эндогенный уровень свободнорадикальной активности в различных тканях весьма неодинаков, что может определять избирательный характер действия МП. Многие авторы считают, что в основе действия МП лежит ориентационная перестройка жидких кристаллов, составляющих основу внутриклеточных структур. Такой механизм вполне реален, так как жидкие кристаллы обладают анизотропией магнитных свойств и за счет крутящего момента изменяют под влиянием МП свою ориентацию, а следовательно, и выполняемые функции. При оценке биологического значения этого механизма следует иметь в виду, что жидкокристаллическую структуру имеют холестерин, липопротеиды, а из более сложных клеточных компонентов — мембраны и митохондрии. In vitro это уже установленный факт. Весьма важно то, что поведение жидкокристаллических систем, в том числе и (3липопротеидов, весьма существенно зависит от параметров (особенно временных) МП (Горский Ф.К. и соавт., 1980). В процессах жизнедеятельности весьма активную роль играют металлопротеиды (гемоглобин, каталаза, витамины и др.). В состав многих из них входят железо и другие магнитоактивные металлы. Под действием МП может изменяться их состояние, гидратация, колебательные движения, что неизменно будет сказываться на их биологической активности. Кстати, это одно из оснований для проведения гемомагнитотерапии. Свойства МП проявляются и в отношении воды. Под его влиянием изменяется поверхностное натяжение, вязкость, электропроводность, диэлектрическая проницаемость и др., а также структура воды. Эти же сдвиги будут определять реакции, в которых она участвует, т.е. большинство процессов жизнедеятельности. Так как ткани на 70-90% состоят из воды, то это явление может играть универсальную роль в механизмах влияния МП. Неслучайно противоотечное действие — один из наиболее выраженных и характерных лечебных эффектов магнитотерапии. Одним из важных регуляторных механизмов в живых системах является активность ИОНОВ. Она определяется их гидратацией и связыванием с макромолекулами. Как известно, системы ион-вода и белок-ион-вода обладают магнитной анизотропией. При воздействии МП различающиеся по своим магнитным и электрическим свойствам компоненты системы будут совершать асинхронные колебания. Последствием такого процесса может быть освобождение части ионов из связи с макромолекулами и уменьшение их гидратации, а следовательно, возрастание их ионной активности. Увеличение под влиянием МП ионной активности Na+ и К+ в тканях является предпосылкой к стимуляции клеточного метаболизма (Улащик В.С., 1981). Образование активных форм некоторых ионов — реальный механизм первичного действия МП. Несомненный интерес представляют исследования биофизиков Армении, выдвинувших оригинальную концепцию первичного действия МП. Согласно этим представлениям роль ведущего посредника в биологических эффектах МП играют свободные ионы кальция (Григорян Т.К., 1995; 1999), рассматриваемые как своего рода «магнито-рецепторы». Суть «кальцийгидратационной» теории первичного действия МП сводится к следующему: часть свободных ионов кальция под влиянием МП превращается в крупные аквакомплексы, теряет свою активность, в т.ч. и свойство проникать в клетку через плазматическую мембрану. Проницаемость мембраны для ионов натрия, наоборот, возрастает, усиливается поток ионов калия из клетки, что ведет к возникновению потенциала действия и изменению активности клеток. Кроме того, ионы кальция, как известно, участвуют в самых разных физиологических процессах, и изменение их активности также будет существенно сказываться на многих проявлениях жизнедеятельности. Наряду с рассмотренными известны и другие механизмы действия МП. Многие авторы придают большое значение таким эффектам, как: а) магнитогидродинамическое торможение циркуляции жидкостей по сосудам, особенно крупным; б) ориентация клеток в МП, например, выстраивание цепочек эритроцитов; в) пондермоторный эффект (ponder — вес, тяжесть) в отношении нервных стволов и мышечной ткани. Кроме названных эффектов действие переменных МП может реализоваться и за счет наведения электрического тока. Это связано с тем, что в тканях всегда имеется достаточное количество свободных зарядов, которые под влиянием переменного электрического поля, возникающего при любом изменении МП, приходят в движение, образуя электрический ток. Последний, как известно, обладает разносторонним физиологическим и лечебным действием. Таким образом, в организме существует достаточное количество структур на субмолекулярном, молекулярном и субклеточном уровнях, изменения в которых при действии МП могут легко трансформироваться в реакции клеточного, организменного и системного порядка, которые и определяют физиологическое и лечебное действие магнитотерапии. 5.2. Лечебные эффекты магнитотерапии. Среди лечебных эффектов МП различных характеристик наиболее доказанными и значимыми считаются: седативный, противоотечный, коагулокорригирующий, вазоактивный, гипотензивный, иммуномодулирующий, противовоспалительный, трофико-регенераторный, анальгетический, метаболический, нейромиостимулирующий. Кроме того, МП оказывает нормализующе-стимулирующее действие на функциональное состояние внутренних органов, улучшает микроциркуляцию и транскапиллярный обмен, благоприятно влияет на нейровегетативные процессы. При оценке выраженности этих эффектов, вызываемых МП различных характеристик, следует обязательно учитывать далеко не одинаковую чувствительность к ним организма. Считается, что пороговая чувствительность к импульсным магнитным полям составляет 0,1 мТл, к переменным — 3 мТл; а к постоянным — уже 8 мТл (Боголюбов В.М., Пономаренко Г.Н., 1998). Литература 1. https://studfile.net/preview/2652747/page:27/ 2. https://san-detal.ru/magnitnaja-obrabotka-vody-princip-phakty-mnenija-a50.html 3. https://forca.com.ua/transformatori/praktika/magnitoprovodtransformatora.html 4. https://ferrite.ru/publications/magnitomyagkie-ferrity/ 5. https://medongroup-pod.ru/company/articles/magnitoterapiya-sostoyanieproblemy-perspektivy-razvitiya/ 6. Арутюнова И.А., Дальский А.Н. Технология конструкционных материалов, Учебник. – М.: Машиностроение 1985. – 450 с.
