יישום שדות מגנטיים למטרות טכנולוגיות

למטרות טכנולוגיות, שדות מגנטיים משמשים בעיקר ל:

• השפעה על מתכת וחלקיקים טעונים,

• מגנטיזציה של מים ותמיסות מימיות,

• השפעה על עצמים ביולוגיים.

במקרה הראשון שדה מגנטי הוא משמש במפרידים לטיהור אמצעי מזון שונים מזיהומים פרומגנטיים ממתכת ובמכשירים להפרדה של חלקיקים טעונים.

בשני, במטרה לשנות את התכונות הפיזיקליות-כימיות של המים.

בשלישית - לשלוט בתהליכים בעלי אופי ביולוגי.

במפרידים מגנטיים המשתמשים במערכות מגנטיות, זיהומים פרומגנטיים (פלדה, ברזל יצוק וכו') מופרדים מהמסה בתפזורת. יש מפרידים עם מגנטים קבועים ואלקטרומגנטים. כדי לחשב את כוח ההרמה של מגנטים, נעשה שימוש בנוסחה משוערת הידועה מהקורס הכללי של הנדסת חשמל.

כאשר Fm הוא כוח ההרמה, N, S הוא החתך של מגנט קבוע או מעגל מגנטי של אלקטרומגנט, m2, V הוא האינדוקציה המגנטית, T.

לפי הערך הנדרש של כוח ההרמה, הערך הנדרש של ההשראה המגנטית נקבע כאשר נעשה שימוש באלקטרומגנט, כוח הממגנט (Iw):

כאשר I הוא הזרם של האלקטרומגנט, A, w הוא מספר הסיבובים של סליל האלקטרומגנט, Rm הוא ההתנגדות המגנטית שווה ל

כאן lk הוא האורך של קטעים בודדים של המעגל המגנטי עם חתך וחומר קבועים, m, μk הוא החדירות המגנטית של החתכים המתאימים, H/m, Sk הוא החתך של החתכים המתאימים, m2, S הוא החתך של המעגל המגנטי, m2, B הוא האינדוקציה, T.

ההתנגדות המגנטית קבועה רק עבור חלקים לא מגנטיים של המעגל. עבור חתכים מגנטיים, הערך של RM נמצא באמצעות עקומות המגנטיזציה, שכן כאן μ הוא כמות משתנה.

מפרידי שדות מגנטיים קבועים

המפרידים הפשוטים והחסכוניים ביותר הם עם מגנטים קבועים, מכיוון שהם אינם דורשים אנרגיה נוספת כדי להפעיל את הסלילים. הם משמשים, למשל, במאפיות לניקוי קמח מזיהומים ברזליים. עוצמת ההרמה הכוללת של הרשמקולרים במפרידים אלו, ככלל, צריכה להיות לפחות 120 N. בשדה מגנטי, הקמח צריך לנוע בשכבה דקה, בעובי של כ-6-8 מ"מ, במהירות של לא יותר. מ-0.5 מ' לשנייה.

למפרידי מגנט קבועים יש גם חסרונות משמעותיים: כוח ההרמה שלהם קטן ונחלש עם הזמן עקב הזדקנות המגנטים. למפרידים עם אלקטרומגנטים אין את החסרונות הללו, שכן האלקטרומגנטים המותקנים בהם מופעלים בזרם ישר. כוח ההרמה שלהם גבוה בהרבה וניתן לכוונן על ידי זרם הסליל.

באיור. 1 מציג תרשים של מפריד אלקטרומגנטי עבור זיהומים בתפזורת.חומר ההפרדה מוזן לתוך הופר הקולט 1 ונע לאורך המסוע 2 לתוף ההנעה 3 העשוי מחומר לא מגנטי (פליז וכו'). תוף 3 מסתובב סביב אלקטרומגנט נייח DC 4.

כוח צנטריפוגלי זורק את החומר לתוך חור הפריקה 5, וזיהומי הברזל בפעולת השדה המגנטי של האלקטרומגנט 4 "נדבקים" למסוע ומתנתקים ממנו רק לאחר שהם יוצאים משדה הפעולה של המגנטים. נפילה לתוך חור הפריקה עבור זיהומי ברזל 6. ככל ששכבת המוצר על המסוע דקה יותר, כך ההפרדה טובה יותר.

ניתן להשתמש בשדות מגנטיים להפרדת חלקיקים טעונים במערכות מפוזרות.הפרדה זו מבוססת על כוחות לורנץ.

כאשר Fl הוא הכוח הפועל על חלקיק טעון, N, k הוא גורם המידתיות, q הוא מטען החלקיקים, C, v הוא מהירות החלקיקים, m/s, N הוא כוח שדה מגנטי, A/m, a היא הזווית בין וקטור השדה והמהירות.

חלקיקים בעלי מטען חיובי ושלילי, יונים מוסטים לכיוונים מנוגדים בפעולת כוחות לורנץ, בנוסף, חלקיקים בעלי מהירויות שונות ממוינים גם בשדה מגנטי בהתאם לגדלים של מהירויותיהם.

אורז. 1. תרשים של מפריד אלקטרומגנטי לזיהומים בתפזורת

מכשירים לממגנט מים

מחקרים רבים שנערכו בשנים האחרונות הראו אפשרות ליישום יעיל של טיפול מגנטי במערכות מים - מים טכניים וטבעיים, תמיסות ומתלים.

במהלך הטיפול המגנטי במערכות מים, מתרחשים הדברים הבאים:

• האצת קרישה - הידבקות של חלקיקים מוצקים התלויים במים,

• היווצרות ושיפור של ספיחה,

• היווצרות גבישי מלח במהלך האידוי לא על דפנות הכלי, אלא בנפח,

• האצת פירוק מוצקים,

• שינוי בהרטבה של משטחים מוצקים,

• שינוי בריכוז הגזים המומסים.

מכיוון שהמים הם משתתפים פעילים בכל התהליכים הביולוגיים והטכנולוגיים ביותר, שינויים בתכונותיהם בהשפעת שדה מגנטי משמשים בהצלחה בטכנולוגיית מזון, רפואה, כימיה, ביוכימיה, וגם בחקלאות.

בעזרת ריכוז מקומי של חומרים בנוזל, ניתן להשיג:

• התפלה ושיפור איכות המים הטבעיים והטכנולוגיים,

• ניקוי נוזלים מזיהומים מרחפים,

• לשלוט בפעילות של פתרונות פיזיולוגיים ותרופתיים למזון,

• שליטה בתהליכי צמיחה סלקטיבית של מיקרואורגניזמים (האצה או עיכוב של קצב הצמיחה והחלוקה של חיידקים, שמרים),

• בקרה על תהליכי שטיפת חיידקים של שפכים,

• הרדמה מגנטית.

שליטה במאפיינים של מערכות קולואידיות, תהליכי פירוק והתגבשות משמשת ל:

• הגברת היעילות של תהליכי העיבוי והסינון,

• הפחתת משקעי מלחים, אבנית והצטברויות אחרות,

• שיפור צמיחת הצמחים, הגדלת התשואה שלהם, נביטה.

בואו נציין את התכונות של טיפול במים מגנטי. 1. טיפול מגנטי מחייב הזרמת מים במהירות מסוימת דרך שדה מגנטי אחד או יותר.

2.השפעת המגנטיזציה אינה נמשכת לנצח, אלא נעלמת זמן מה לאחר סיום השדה המגנטי, נמדד בשעות או ימים.

3. השפעת הטיפול תלויה בהשראת השדה המגנטי והשיפוע שלו, בקצב הזרימה, בהרכב מערכת המים ובזמן השהייה בשטח. יצוין כי אין מידתיות ישירה בין השפעת הטיפול לגודל עוצמת השדה המגנטי. הטיית השדה המגנטי משחקת תפקיד חשוב. זה מובן אם ניקח בחשבון שהכוח F הפועל על חומר מצדו של שדה מגנטי לא אחיד נקבע על ידי הביטוי

כאשר x הוא הרגישות המגנטית ליחידת נפח של החומר, H הוא עוצמת השדה המגנטי, A/m, dH/dx הוא שיפוע העוצמה

ככלל, ערכי השראת השדה המגנטי הם בטווח 0.2-1.0 T, והשיפוע הוא 50.00-200.00 T / m.

התוצאות הטובות ביותר של הטיפול המגנטי מושגות בקצב זרימת מים בשדה השווה ל-1-3 מ"ש.

מעט ידוע על השפעת אופי וריכוז החומרים המומסים במים. נמצא כי השפעת המגנטיזציה תלויה בסוג ובכמות זיהומי המלח במים.

לפניכם כמה פרויקטים של מתקנים לטיפול מגנטי במערכות מים עם מגנטים קבועים ואלקטרומגנטים המופעלים על ידי זרמים בתדרים שונים.

באיור. 2. מציג תרשים של מכשיר למגנט מים עם שני מגנטים קבועים גליליים 3, מים זורמים במרווח 2 של המעגל המגנטי הנוצר על ידי ליבה פרומגנטית חלולה 4 הממוקמת במארז L אינדוקציה של השדה המגנטי היא 0.5 T, השיפוע הוא 100.00 T / m רוחב הפער 2 מ"מ.

אורז. 2. סכימה של מכשיר למגנט מים

אורז. 3.מכשיר לטיפול מגנטי במערכות מים

מכשירי חשמל המצוידים באלקטרומגנטים נמצאים בשימוש נרחב. מכשיר מסוג זה מוצג באיור. 3. הוא מורכב ממספר אלקטרומגנטים 3 עם סלילים 4 הממוקמים בציפוי דיאמגנטי 1. כל זה ממוקם בצינור ברזל 2. מים זורמים למרווח שבין הצינור לגוף, מוגנים בכיסוי דיאמגנטי. חוזק השדה המגנטי בפער זה הוא 45,000-160,000 A/m. בגרסאות אחרות של סוג זה של מכשיר, האלקטרומגנטים מונחים על הצינור מבחוץ.

בכל המכשירים הנחשבים, המים עוברים דרך מרווחים צרים יחסית, ולכן הם מנוקים מראש מתרחיפים מוצקים. באיור. 4 מציג תרשים של מכשיר מסוג שנאי. הוא מורכב מעול 1 עם סלילים אלקטרומגנטיים 2, שבין הקטבים שלו מונח צינור 3 מחומר דיאמגנטי. המכשיר משמש לטיפול במים או בתאית עם זרמים מתחלפים או פועמים בתדרים שונים.

רק עיצובי המכשירים האופייניים ביותר המשמשים בהצלחה בתחומי ייצור שונים מתוארים כאן.

שדות מגנטיים משפיעים גם על התפתחות הפעילות החיונית של מיקרואורגניזמים. מגנטוביולוגיה היא תחום מדעי מתפתח שמוצא יותר ויותר יישומים מעשיים, לרבות בתהליכים ביוטכנולוגיים של ייצור מזון. מתגלה השפעתם של שדות מגנטיים קבועים, משתנים ופועמים על רבייה, תכונות מורפולוגיות ותרבותיות, חילוף החומרים, פעילות האנזים והיבטים אחרים של פעילות החיים של מיקרואורגניזמים.

ההשפעה של שדות מגנטיים על מיקרואורגניזמים, ללא קשר לפרמטרים הפיזיקליים שלהם, מובילה לשונות פנוטיפית של תכונות מורפולוגיות, תרבותיות וביוכימיות. במינים מסוימים, כתוצאה מהטיפול, ההרכב הכימי, המבנה האנטיגני, הארסיות, העמידות לאנטיביוטיקה, פאג'ים וקרינת UV יכולים להשתנות. לפעמים שדות מגנטיים גורמים למוטציות ישירות, אך לעתים קרובות יותר הם משפיעים על מבנים גנטיים חוץ-כרומוזומליים.

אין תיאוריה מקובלת שמסבירה את מנגנון השדה המגנטי בתא. ככל הנראה, ההשפעה הביולוגית של שדות מגנטיים על מיקרואורגניזמים מבוססת על המנגנון הכללי של השפעה עקיפה דרך הגורם הסביבתי.