Tillämpning av magnetfält för tekniska ändamål

För tekniska ändamål används magnetfält främst för:

• påverkan på metall och laddade partiklar,

• magnetisering av vatten och vattenlösningar,

• påverkan på biologiska föremål.

I det första fallet magnetiskt fält det används i separatorer för rening av olika livsmedelsmedier från ferromagnetiska metallföroreningar och i anordningar för separering av laddade partiklar.

I den andra, med syftet att förändra vattnets fysikalisk-kemiska egenskaper.

I den tredje — att kontrollera processer av biologisk natur.

I magnetiska separatorer som använder magnetiska system separeras ferromagnetiska föroreningar (stål, gjutjärn, etc.) från bulkmassan. Det finns separatorer med permanentmagneter och elektromagneter. För att beräkna lyftkraften hos magneter används en ungefärlig formel känd från den allmänna kursen för elektroteknik.

där Fm är lyftkraften, N, S är tvärsnittet av en permanentmagnet eller magnetisk krets av en elektromagnet, m2, V är den magnetiska induktionen, T.

Enligt det erforderliga värdet på lyftkraften bestäms det erforderliga värdet för den magnetiska induktionen när en elektromagnet används, magnetiseringskraften (Iw):

där I är elektromagnetens ström, A, w är antalet varv på elektromagnetens spole, Rm är det magnetiska motståndet lika med

här är lk längden av enskilda sektioner av den magnetiska kretsen med konstant tvärsnitt och material, m, μk är den magnetiska permeabiliteten för motsvarande sektioner, H / m, Sk är tvärsnittet av motsvarande sektioner, m2, S är magnetkretsens tvärsnitt, m2, B är induktionen, T.

Det magnetiska motståndet är konstant endast för icke-magnetiska sektioner av kretsen. För magnetiska sektioner hittas värdet på RM med hjälp av magnetiseringskurvorna, eftersom μ här är en variabel storhet.

Permanenta magnetfältseparatorer

De enklaste och mest ekonomiska separatorerna är med permanentmagneter, eftersom de inte kräver ytterligare energi för att driva spolarna. De används till exempel i bagerier för att rensa mjöl från järnhaltiga föroreningar. Den totala lyftkraften för bandspelare i dessa separatorer bör som regel vara minst 120 N. I ett magnetfält ska mjölet röra sig i ett tunt lager, ca 6-8 mm tjockt, med en hastighet på högst än 0,5 m/s.

Permanenta magnetseparatorer har också betydande nackdelar: deras lyftkraft är liten och försvagas med tiden på grund av magneternas åldrande. Separatorer med elektromagneter har inte dessa nackdelar, eftersom elektromagneterna som är installerade i dem drivs av likström. Deras lyftkraft är mycket högre och kan justeras av spolströmmen.

I fig. 1 visar ett diagram över en elektromagnetisk separator för bulkföroreningar.Separeringsmaterialet matas in i mottagningstratten 1 och rör sig längs transportören 2 till drivtrumman 3 gjord av icke-magnetiskt material (mässing, etc.). Trumma 3 roterar runt en stationär elektromagnet DC 4.

Centrifugalkraften kastar materialet in i avlastningshålet 5, och ferroföroreningarna under verkan av magnetfältet hos elektromagneten 4 "klibbar" till transportbandet och lossas från det först efter att de lämnar magneternas verkningsfält faller ner i avlastningshålet för ferroföroreningar 6. Ju tunnare produktskikt på transportbandet, desto bättre separering.

Magnetiska fält kan användas för att separera laddade partiklar i dispergerade system.Denna separation är baserad på Lorentz-krafter.

där Fl är kraften som verkar på en laddad partikel, N, k är proportionalitetsfaktorn, q är partikelladdningen, C, v är partikelhastigheten, m/s, N är magnetisk fältstyrka, A/m, a är vinkeln mellan fält- och hastighetsvektorerna.

Positivt och negativt laddade partiklar, joner avböjs i motsatta riktningar under inverkan av Lorentz-krafter, dessutom sorteras partiklar med olika hastigheter i ett magnetfält i enlighet med storleken på deras hastigheter.

Ris. 1. Diagram över en elektromagnetisk separator för bulkföroreningar

Apparater för magnetisering av vatten

Flera studier som genomförts under de senaste åren har visat möjligheten av effektiv tillämpning av magnetisk behandling av vattensystem — tekniska och naturliga vatten, lösningar och suspensioner.

Under magnetisk behandling av vattensystem inträffar följande:

• acceleration av koagulering - vidhäftning av fasta partiklar suspenderade i vatten,

• bildande och förbättring av adsorption,

• bildandet av saltkristaller under avdunstning inte på kärlets väggar utan i volymen,

• påskynda upplösningen av fasta ämnen,

• förändring i vätbarheten hos fasta ytor,

• förändring i koncentrationen av lösta gaser.

Eftersom vatten är en aktiv deltagare i alla biologiska och mest tekniska processer, används förändringar i dess egenskaper under påverkan av ett magnetfält framgångsrikt inom livsmedelsteknik, medicin, kemi, biokemi och även inom jordbruket.

Med hjälp av lokal koncentration av ämnen i en vätska är det möjligt att uppnå:

• avsaltning och förbättring av kvaliteten på naturliga och tekniska vatten,

• rengöring av vätskor från suspenderade föroreningar,

• kontrollera aktiviteten hos livsmedelsfysiologiska och farmakologiska lösningar,

• kontroll av processerna för selektiv tillväxt av mikroorganismer (acceleration eller hämning av tillväxthastigheten och delning av bakterier, jäst),

• kontroll av processerna för bakteriell urlakning av avloppsvatten,

• magnetisk anestesiologi.

Att kontrollera egenskaperna hos kolloidala system, upplösnings- och kristallisationsprocesser används för att:

• öka effektiviteten av förtjocknings- och filtreringsprocesserna,

• minskning av avlagringar av salter, beläggningar och andra ansamlingar,

• förbättra växternas tillväxt, öka deras avkastning, groning.

Låt oss notera funktionerna i magnetisk vattenbehandling. 1. Magnetisk behandling kräver obligatoriskt flöde av vatten med en viss hastighet genom ett eller flera magnetfält.

2.Effekten av magnetisering varar inte för evigt, utan försvinner en tid efter magnetfältets slut, mätt i timmar eller dagar.

3. Effekten av behandlingen beror på induktionen av magnetfältet och dess gradient, flödeshastigheten, vattensystemets sammansättning och tiden det befinner sig i fältet. Det noteras att det inte finns någon direkt proportionalitet mellan behandlingseffekten och storleken på magnetfältets styrka. Magnetfältets lutning spelar en viktig roll. Detta är förståeligt om vi betänker att kraften F som verkar på ett ämne från sidan av ett olikformigt magnetfält bestäms av uttrycket

där x är den magnetiska känsligheten per volymenhet av ämnet, H är den magnetiska fältstyrkan, A/m, dH/dx är intensitetsgradienten

Som regel ligger magnetfältsinduktionsvärdena i intervallet 0,2-1,0 T, och gradienten är 50,00-200,00 T / m.

De bästa resultaten av den magnetiska behandlingen uppnås vid en flödeshastighet av vatten i fältet lika med 1–3 m/s.

Lite är känt om inverkan av naturen och koncentrationen av ämnen lösta i vatten. Man fann att magnetiseringseffekten beror på typen och mängden av saltföroreningar i vattnet.

Här är några projekt av installationer för magnetisk behandling av vattensystem med permanentmagneter och elektromagneter som drivs av strömmar med olika frekvenser.

I fig. 2.visar ett diagram över en anordning för magnetisering av vatten med två cylindriska permanentmagneter 3, Vatten strömmar i gapet 2 i den magnetiska kretsen som bildas av en ihålig ferromagnetisk kärna 4 placerad i ett hölje L Induktionen av magnetfältet är 0,5 T, gradienten är 100,00 T / m Bredden på gapet 2 mm.

Ris. 2. Schema för en anordning för magnetisering av vatten

Ris. 3.Anordning för magnetisk behandling av vattensystem

Apparater utrustade med elektromagneter används ofta. En anordning av denna typ visas i fig. 3. Den består av flera elektromagneter 3 med spolar 4 placerade i en diamagnetisk beläggning 1. Allt detta är placerat i ett järnrör 2. Vatten rinner in i gapet mellan röret och kroppen, skyddat av ett diamagnetiskt lock. Styrkan på magnetfältet i detta gap är 45 000-160 000 A / m. I andra versioner av denna typ av apparater placeras elektromagneterna på röret från utsidan.

I alla övervägda enheter passerar vatten genom relativt smala luckor, därför rengörs det från fasta suspensioner. I fig. 4 visar ett diagram över en apparat av transformatortyp. Den består av ett ok 1 med elektromagnetiska spolar 2, mellan vars poler ett rör 3 av diamagnetiskt material är lagt. Enheten används för att behandla vatten eller cellulosa med växelström eller pulserande strömmar med olika frekvenser.

Endast de mest typiska enhetsdesignerna som framgångsrikt används inom olika produktionsområden beskrivs här.

Magnetiska fält påverkar också utvecklingen av den vitala aktiviteten hos mikroorganismer. Magnetobiologi är ett vetenskapligt område i utveckling som i allt större utsträckning får praktiska tillämpningar, inklusive i de biotekniska processerna för livsmedelsproduktion. Inverkan av konstanta, variabla och pulserande magnetfält på reproduktion, morfologiska och kulturella egenskaper, metabolism, enzymaktivitet och andra aspekter av mikroorganismers livsaktivitet avslöjas.

Effekten av magnetfält på mikroorganismer, oavsett deras fysikaliska parametrar, leder till fenotypisk variation av morfologiska, kulturella och biokemiska egenskaper. Hos vissa arter kan den kemiska sammansättningen, antigenstrukturen, virulensen, resistens mot antibiotika, fager och UV-strålning förändras till följd av behandling. Ibland orsakar magnetfält direkta mutationer, men oftare påverkar de extrakromosomala genetiska strukturer.

Det finns ingen allmänt accepterad teori som förklarar mekanismen för magnetfältet på cellen. Förmodligen är den biologiska effekten av magnetiska fält på mikroorganismer baserad på den allmänna mekanismen för indirekt påverkan genom miljöfaktorn.