Anvendelse av magnetiske felt for teknologiske formål

For teknologiske formål brukes magnetiske felt hovedsakelig til:

• innvirkning på metall og ladede partikler,

• magnetisering av vann og vandige løsninger,

• innvirkning på biologiske objekter.

I det første tilfellet magnetfelt det brukes i separatorer for rensing av ulike matmedier fra ferromagnetiske metallurenheter og i enheter for separering av ladede partikler.

I den andre, med sikte på å endre de fysisk-kjemiske egenskapene til vann.

I den tredje — å kontrollere prosessene av biologisk natur.

I magnetiske separatorer som bruker magnetiske systemer, skilles ferromagnetiske urenheter (stål, støpejern, etc.) fra bulkmassen. Det er separatorer med permanente magneter og elektromagneter. For å beregne løftekraften til magneter, brukes en omtrentlig formel kjent fra det generelle kurset i elektroteknikk.

hvor Fm er løftekraften, N, S er tverrsnittet av en permanent magnet eller magnetisk krets til en elektromagnet, m2, V er den magnetiske induksjonen, T.

I henhold til den nødvendige verdien av løftekraften, bestemmes den nødvendige verdien av den magnetiske induksjonen når en elektromagnet brukes, magnetiseringskraften (Iw):

hvor I er strømmen til elektromagneten, A, w er antall omdreininger av spolen til elektromagneten, Rm er den magnetiske motstanden lik

her er lk lengden av individuelle seksjoner av den magnetiske kretsen med konstant tverrsnitt og materiale, m, μk er den magnetiske permeabiliteten til de tilsvarende seksjonene, H / m, Sk er tverrsnittet til de tilsvarende seksjonene, m2, S er tverrsnittet av den magnetiske kretsen, m2, B er induksjonen, T.

Magnetisk motstand er konstant kun for ikke-magnetiske deler av kretsen. For magnetiske seksjoner er verdien av RM funnet ved hjelp av magnetiseringskurvene, siden μ her er en variabel størrelse.

Permanente magnetfeltseparatorer

De enkleste og mest økonomiske separatorene er med permanente magneter, siden de ikke krever ekstra energi for å drive spolene. De brukes for eksempel i bakerier for å rense mel fra jernholdige urenheter. Den totale løftekraften til båndopptakerne i disse separatorene bør som regel være minst 120 N. I et magnetfelt skal melet bevege seg i et tynt lag, ca. 6-8 mm tykt, med en hastighet på ikke mer enn 0,5 m/s.

Permanente magnetseparatorer har også betydelige ulemper: deres løftekraft er liten og svekkes over tid på grunn av aldring av magnetene. Separatorer med elektromagneter har ikke disse ulempene, siden elektromagnetene som er installert i dem, drives av likestrøm. Løftekraften deres er mye høyere og kan justeres av spolestrømmen.

I fig. 1 viser et diagram av en elektromagnetisk separator for bulkforurensninger.Separasjonsmaterialet mates inn i mottakstrakten 1 og beveger seg langs transportøren 2 til drivtrommelen 3 laget av ikke-magnetisk materiale (messing, etc.). Trommel 3 roterer rundt en stasjonær elektromagnet DC 4.

Sentrifugalkraft kaster materialet inn i lossehullet 5, og ferrourenhetene under påvirkning av magnetfeltet til elektromagneten 4 "fester" seg til transportbåndet og løsnes fra det først etter at de forlater magnetenes virkefelt faller ned i lossehullet for ferro- urenheter 6. Jo tynnere produktlaget på transportbåndet er, jo bedre separasjon.

Magnetiske felt kan brukes til å separere ladede partikler i dispergerte systemer.Denne separasjonen er basert på Lorentz-krefter.

der Fl er kraften som virker på en ladet partikkel, N, k er proporsjonalitetsfaktoren, q er partikkelladningen, C, v er partikkelhastigheten, m/s, N er magnetisk feltstyrke, A / m, a er vinkelen mellom felt- og hastighetsvektorene.

Positivt og negativt ladede partikler, ioner avbøyes i motsatte retninger under påvirkning av Lorentz-krefter, i tillegg sorteres partikler med forskjellige hastigheter i et magnetfelt i samsvar med størrelsen på deres hastigheter.

Ris. 1. Diagram av en elektromagnetisk separator for bulk urenheter

Enheter for magnetisering av vann

Tallrike studier utført de siste årene har vist muligheten for effektiv anvendelse av magnetisk behandling av vannsystemer - teknisk og naturlig vann, løsninger og suspensjoner.

Under magnetisk behandling av vannsystemer skjer følgende:

• akselerasjon av koagulasjon - adhesjon av faste partikler suspendert i vann,

• dannelse og forbedring av adsorpsjon,

• dannelsen av saltkrystaller under fordampning ikke på karets vegger, men i volumet,

• akselerere oppløsningen av faste stoffer,

• endring i fuktbarheten til faste overflater,

• endring i konsentrasjon av oppløste gasser.

Siden vann er en aktiv deltaker i alle biologiske og mest teknologiske prosesser, brukes endringer i dets egenskaper under påvirkning av et magnetfelt med suksess i matteknologi, medisin, kjemi, biokjemi og også i landbruket.

Ved hjelp av lokal konsentrasjon av stoffer i en væske er det mulig å oppnå:

• avsalting og forbedring av kvaliteten på naturlig og teknologisk vann,

• rengjøring av væsker fra suspenderte urenheter,

• kontrollere aktiviteten til matfysiologiske og farmakologiske løsninger,

• kontroll av prosessene for selektiv vekst av mikroorganismer (akselerasjon eller hemming av veksthastigheten og deling av bakterier, gjær),

• kontroll av prosessene for bakteriell utlekking av avløpsvann,

• magnetisk anestesiologi.

Kontroll av egenskapene til kolloidale systemer, oppløsnings- og krystalliseringsprosesser brukes til å:

• øke effektiviteten til fortyknings- og filtreringsprosessene,

• reduksjon av forekomster av salter, avleiringer og andre ansamlinger,

• forbedre plantevekst, øke utbyttet, spiring.

La oss legge merke til funksjonene til magnetisk vannbehandling. 1. Magnetisk behandling krever obligatorisk strømning av vann med en viss hastighet gjennom ett eller flere magnetfelt.

2.Effekten av magnetisering varer ikke evig, men forsvinner en tid etter slutten av magnetfeltet, målt i timer eller dager.

3. Effekten av behandlingen avhenger av induksjonen av magnetfeltet og dets gradient, strømningshastigheten, sammensetningen av vannsystemet og tiden det er i feltet. Det bemerkes at det ikke er noen direkte proporsjonalitet mellom behandlingseffekten og størrelsen på magnetfeltstyrken. Magnetfeltets helning spiller en viktig rolle. Dette er forståelig hvis vi tenker på at kraften F som virker på et stoff fra siden av et uensartet magnetfelt bestemmes av uttrykket

hvor x er den magnetiske følsomheten per volumenhet av stoffet, H er den magnetiske feltstyrken, A/m, dH/dx er intensitetsgradienten

Som regel er magnetfeltinduksjonsverdiene i området 0,2-1,0 T, og gradienten er 50,00-200,00 T / m.

De beste resultatene av den magnetiske behandlingen oppnås ved en strømningshastighet av vann i feltet lik 1–3 m/s.

Lite er kjent om påvirkningen av arten og konsentrasjonen av stoffer oppløst i vann. Det ble funnet at magnetiseringseffekten avhenger av typen og mengden av saltforurensninger i vannet.

Her er noen prosjekter av installasjoner for magnetisk behandling av vannsystemer med permanente magneter og elektromagneter drevet av strømmer med forskjellige frekvenser.

I fig. 2. viser et diagram av en anordning for magnetisering av vann med to sylindriske permanentmagneter 3, Vann strømmer i gapet 2 i magnetkretsen dannet av en hul ferromagnetisk kjerne 4 plassert i et hus L Induksjonen av magnetfeltet er 0,5 T, gradienten er 100,00 T / m Bredden på gapet 2 mm.

Ris. 2. Skjema av en enhet for magnetisering av vann

Ris. 3.Innretning for magnetisk behandling av vannsystemer

Apparater utstyrt med elektromagneter er mye brukt. En anordning av denne typen er vist i fig. 3. Den består av flere elektromagneter 3 med spoler 4 plassert i et diamagnetisk belegg 1. Alt dette er plassert i et jernrør 2. Vann strømmer inn i gapet mellom røret og kroppen, beskyttet av et diamagnetisk deksel. Styrken på magnetfeltet i dette gapet er 45 000-160 000 A / m. I andre versjoner av denne typen apparater plasseres elektromagnetene på røret fra utsiden.

I alle betraktede enheter passerer vann gjennom relativt smale hull, derfor er det forhåndsrenset fra faste suspensjoner. I fig. 4 viser et diagram av et apparat av transformatortypen. Den består av et åk 1 med elektromagnetiske spoler 2, mellom hvilke poler et rør 3 av diamagnetisk materiale er lagt. Enheten brukes til å behandle vann eller cellulose med vekselstrøm eller pulserende strøm med forskjellige frekvenser.

Bare de mest typiske enhetsdesignene som er vellykket brukt i ulike produksjonsområder er beskrevet her.

Magnetiske felt påvirker også utviklingen av den vitale aktiviteten til mikroorganismer. Magnetobiologi er et vitenskapelig felt i utvikling som i økende grad finner praktiske anvendelser, inkludert i de bioteknologiske prosessene for matproduksjon. Påvirkningen av konstante, variable og pulserende magnetiske felt på reproduksjon, morfologiske og kulturelle egenskaper, metabolisme, enzymaktivitet og andre aspekter av livsaktiviteten til mikroorganismer avsløres.

Effekten av magnetiske felt på mikroorganismer, uavhengig av deres fysiske parametere, fører til fenotypisk variasjon av morfologiske, kulturelle og biokjemiske egenskaper. Hos noen arter kan den kjemiske sammensetningen, antigene strukturen, virulens, resistens mot antibiotika, fager og UV-stråling endres. Noen ganger forårsaker magnetiske felt direkte mutasjoner, men oftere påvirker de ekstrakromosomale genetiske strukturer.

Det er ingen generelt akseptert teori som forklarer mekanismen til magnetfeltet på cellen. Sannsynligvis er den biologiske effekten av magnetiske felt på mikroorganismer basert på den generelle mekanismen for indirekte påvirkning gjennom miljøfaktoren.