Anvendelse af magnetiske felter til teknologiske formål

Til teknologiske formål bruges magnetfelter hovedsageligt til:

• indvirkning på metal og ladede partikler,

• magnetisering af vand og vandige opløsninger,

• indvirkning på biologiske objekter.

I det første tilfælde magnetfelt det bruges i separatorer til rensning af forskellige fødevaremedier fra ferromagnetiske metalurenheder og i anordninger til adskillelse af ladede partikler.

I den anden, med det formål at ændre vands fysisk-kemiske egenskaber.

I den tredje — at kontrollere processer af biologisk karakter.

I magnetiske separatorer, der anvender magnetiske systemer, adskilles ferromagnetiske urenheder (stål, støbejern osv.) fra bulkmassen. Der er separatorer med permanente magneter og elektromagneter. For at beregne løftekraften af ​​magneter anvendes en tilnærmet formel kendt fra det almindelige kursus i elektroteknik.

hvor Fm er løftekraften, N, S er tværsnittet af en permanent magnet eller magnetisk kredsløb i en elektromagnet, m2, V er den magnetiske induktion, T.

I henhold til den krævede værdi af løftekraften bestemmes den krævede værdi af den magnetiske induktion, når der anvendes en elektromagnet, magnetiseringskraften (Iw):

hvor I er strømmen af ​​elektromagneten, A, w er antallet af vindinger af elektromagnetens spole, Rm er den magnetiske modstand lig med

her er lk længden af ​​individuelle sektioner af det magnetiske kredsløb med konstant tværsnit og materiale, m, μk er den magnetiske permeabilitet af de tilsvarende sektioner, H/m, Sk er tværsnittet af de tilsvarende sektioner, m2, S er Tværsnittet af det magnetiske kredsløb, m2, B er induktionen, T.

Magnetisk modstand er kun konstant for ikke-magnetiske sektioner af kredsløbet. For magnetiske snit findes værdien af ​​RM ved hjælp af magnetiseringskurverne, da μ her er en variabel størrelse.

Permanente magnetfeltseparatorer

De enkleste og mest økonomiske separatorer er med permanente magneter, da de ikke kræver ekstra energi for at drive spolerne. De bruges for eksempel i bagerier til at rense mel for jernholdige urenheder. Den samlede løftekraft af båndoptagere i disse separatorer skal som regel være mindst 120 N. I et magnetfelt skal melet bevæge sig i et tyndt lag, ca. 6-8 mm tykt, med en hastighed på ikke mere end 0,5 m/s.

Permanente magnetseparatorer har også betydelige ulemper: deres løftekraft er lille og svækkes over tid på grund af ældningen af ​​magneterne. Separatorer med elektromagneter har ikke disse ulemper, da elektromagneterne, der er installeret i dem, drives af jævnstrøm. Deres løftekraft er meget højere og kan justeres af spolestrømmen.

I fig. 1 viser et diagram over en elektromagnetisk separator for bulkurenheder.Separationsmaterialet føres ind i modtagetragten 1 og bevæger sig langs transportøren 2 til drivtromlen 3 fremstillet af ikke-magnetisk materiale (messing, etc.). Tromle 3 roterer omkring en stationær elektromagnet DC 4.

Centrifugalkraft kaster materialet ind i aflæsningshullet 5, og ferro-urenhederne under påvirkning af magnetfeltet på elektromagneten 4 "klæber" til transportbåndet og løsnes først fra det, efter at de forlader magneternes virkefelt falder ned i aflæsningshullet for ferro-urenheder 6. Jo tyndere produktlaget på transportbåndet er, jo bedre adskillelse.

Magnetiske felter kan bruges til at adskille ladede partikler i dispergerede systemer.Denne adskillelse er baseret på Lorentz-kræfter.

hvor Fl er kraften, der virker på en ladet partikel, N, k er proportionalitetsfaktoren, q er partikelladningen, C, v er partikelhastigheden, m/s, N er magnetisk feltstyrke, A/m, a er vinklen mellem felt- og hastighedsvektorerne.

Positivt og negativt ladede partikler afbøjes ioner i modsatte retninger under påvirkning af Lorentz-kræfter, derudover sorteres partikler med forskellige hastigheder også i et magnetfelt i overensstemmelse med størrelsen af ​​deres hastigheder.

Ris. 1. Diagram over en elektromagnetisk separator til bulkurenheder

Enheder til magnetisering af vand

Talrige undersøgelser udført i de senere år har vist muligheden for effektiv anvendelse af magnetisk behandling af vandsystemer - teknisk og naturligt vand, løsninger og suspensioner.

Under den magnetiske behandling af vandsystemer sker følgende:

• acceleration af koagulering — vedhæftning af faste partikler suspenderet i vand,

• dannelse og forbedring af adsorption,

• dannelsen af ​​saltkrystaller under fordampning ikke på beholderens vægge, men i volumen,

• fremskynde opløsningen af ​​faste stoffer,

• ændring i fugtbarheden af ​​faste overflader,

• ændring i koncentrationen af ​​opløste gasser.

Da vand er en aktiv deltager i alle biologiske og mest teknologiske processer, anvendes ændringer i dets egenskaber under påvirkning af et magnetfelt med succes i fødevareteknologi, medicin, kemi, biokemi og også i landbruget.

Ved hjælp af lokal koncentration af stoffer i en væske er det muligt at opnå:

• afsaltning og forbedring af kvaliteten af ​​naturligt og teknologisk vand,

• rengøring af væsker fra suspenderede urenheder,

• kontrollere aktiviteten af ​​fødevarefysiologiske og farmakologiske opløsninger,

• kontrol af processerne for selektiv vækst af mikroorganismer (acceleration eller hæmning af væksthastigheden og deling af bakterier, gær),

• kontrol af processerne ved bakteriel udvaskning af spildevand,

• magnetisk anæstesiologi.

Styring af egenskaberne af kolloide systemer, opløsnings- og krystallisationsprocesser bruges til at:

• øge effektiviteten af ​​fortyknings- og filtreringsprocesserne,

• reduktion af aflejringer af salte, kedelsten og andre ophobninger,

• forbedre plantevækst, øge deres udbytte, spiring.

Lad os bemærke funktionerne ved magnetisk vandbehandling. 1. Magnetisk behandling kræver obligatorisk strømning af vand med en bestemt hastighed gennem et eller flere magnetfelter.

2.Effekten af ​​magnetisering varer ikke evigt, men forsvinder et stykke tid efter afslutningen af ​​magnetfeltet, målt i timer eller dage.

3. Effekten af ​​behandlingen afhænger af magnetfeltets induktion og dets gradient, strømningshastigheden, vandsystemets sammensætning og den tid, det er i feltet. Det bemærkes, at der ikke er nogen direkte proportionalitet mellem behandlingseffekten og størrelsen af ​​magnetfeltstyrken. Magnetfeltets hældning spiller en vigtig rolle. Dette er forståeligt, hvis vi tænker på, at kraften F, der virker på et stof fra siden af ​​et uensartet magnetfelt, er bestemt af udtrykket

hvor x er den magnetiske modtagelighed pr. volumenenhed af stoffet, H er den magnetiske feltstyrke, A/m, dH/dx er intensitetsgradienten

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

De bedste resultater af den magnetiske behandling opnås ved en strømningshastighed af vand i feltet svarende til 1-3 m/s.

Lidt vides om indflydelsen af ​​arten og koncentrationen af ​​stoffer opløst i vand. Det blev fundet, at magnetiseringseffekten afhænger af typen og mængden af ​​salturenheder i vandet.

Her er nogle projekter af installationer til magnetisk behandling af vandsystemer med permanente magneter og elektromagneter drevet af strømme af forskellige frekvenser.

I fig. 2. viser et diagram af en anordning til magnetisering af vand med to cylindriske permanentmagneter 3, Vand strømmer i spalten 2 af det magnetiske kredsløb, der er dannet af en hul ferromagnetisk kerne 4 placeret i et hus L Induktionen af ​​magnetfeltet er 0,5 T, gradienten er 100,00 T / m. Spaltens bredde 2 mm.

Ris. 2. Skema af en enhed til magnetisering af vand

Ris. 3.Apparat til magnetisk behandling af vandsystemer

Apparater udstyret med elektromagneter er meget udbredt. En anordning af denne type er vist i fig. 3. Den består af flere elektromagneter 3 med spoler 4 placeret i en diamagnetisk belægning 1. Alt dette er placeret i et jernrør 2. Vand strømmer ind i mellemrummet mellem røret og kroppen, beskyttet af et diamagnetisk dæksel. Styrken af ​​magnetfeltet i dette hul er 45.000-160.000 A/m. I andre versioner af denne type apparater placeres elektromagneterne på røret udefra.

I alle betragtede enheder passerer vand gennem relativt snævre huller, derfor renses det på forhånd fra faste suspensioner. I fig. 4 viser et diagram af et apparat af transformatortypen. Den består af et åg 1 med elektromagnetiske spoler 2, mellem hvis poler et rør 3 af diamagnetisk materiale er lagt. Enheden bruges til at behandle vand eller cellulose med veksel- eller pulserende strømme af forskellige frekvenser.

Her beskrives kun de mest typiske enhedsdesign, der med succes anvendes i forskellige produktionsområder.

Magnetiske felter påvirker også udviklingen af ​​mikroorganismers vitale aktivitet. Magnetobiologi er et videnskabeligt område i udvikling, som i stigende grad finder praktiske anvendelser, herunder i de bioteknologiske processer inden for fødevareproduktion. Indflydelsen af ​​konstante, variable og pulserende magnetiske felter på reproduktion, morfologiske og kulturelle egenskaber, metabolisme, enzymaktivitet og andre aspekter af mikroorganismers livsaktivitet afsløres.

Virkningen af ​​magnetiske felter på mikroorganismer, uanset deres fysiske parametre, fører til fænotypisk variabilitet af morfologiske, kulturelle og biokemiske egenskaber. Hos nogle arter kan den kemiske sammensætning, antigene struktur, virulens, resistens over for antibiotika, fager og UV-stråling ændre sig. Nogle gange forårsager magnetiske felter direkte mutationer, men oftere påvirker de ekstrakromosomale genetiske strukturer.

Der er ingen generelt accepteret teori, der forklarer mekanismen af ​​magnetfeltet på cellen. Sandsynligvis er den biologiske effekt af magnetiske felter på mikroorganismer baseret på den generelle mekanisme for indirekte påvirkning gennem miljøfaktoren.