Magneettikenttien käyttö teknologisiin tarkoituksiin

Teknologisiin tarkoituksiin magneettikenttiä käytetään pääasiassa:

• vaikutus metalliin ja varautuneisiin hiukkasiin,

• veden ja vesiliuosten magnetointi,

• vaikutusta biologisiin esineisiin.

Ensimmäisessä tapauksessa magneettikenttä sitä käytetään erottimissa erilaisten elintarvikeväliaineiden puhdistamiseen metalliferromagneettisista epäpuhtauksista ja varautuneiden hiukkasten erottamiseen tarkoitetuissa laitteissa.

Toisessa tavoitteena on muuttaa veden fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia.

Kolmannessa - ohjata biologisia prosesseja.

Magneettisia järjestelmiä käyttävissä magneettierottimissa ferromagneettiset epäpuhtaudet (teräs, valurauta jne.) erotetaan bulkkimassasta. On erottimet kestomagneetit ja sähkömagneetit. Magneettien nostovoiman laskemiseen käytetään likimääräistä kaavaa, joka tunnetaan sähkötekniikan yleisestä kurssista.

missä Fm on nostovoima, N, S on kestomagneetin tai sähkömagneetin magneettipiirin poikkileikkaus, m2, V on magneettinen induktio, T.

Vaaditun nostovoiman arvon mukaan määritetään sähkömagneettia käytettäessä tarvittava magneettisen induktion arvo, magnetointivoima (Iw):

missä I on sähkömagneetin virta, A, w on sähkömagneetin käämin kierrosten lukumäärä, Rm on magneettinen resistanssi

tässä lk on magneettipiirin yksittäisten osien pituus, joilla on vakio poikkileikkaus ja materiaali, m, μk on vastaavien osien magneettinen permeabiliteetti, H / m, Sk on vastaavien osien poikkileikkaus, m2, S on magneettipiirin poikkileikkaus m2, B on induktio, T.

Magneettinen vastus on vakio vain piirin ei-magneettisissa osissa. Magneettisille poikkileikkauksille RM:n arvo saadaan käyttämällä magnetointikäyriä, koska tässä μ on muuttuva suure.

Pysyvät magneettikentän erottimet

Yksinkertaisimmat ja taloudellisimmat erottimet ovat kestomagneeteilla, koska ne eivät vaadi ylimääräistä energiaa kelojen syöttämiseen. Niitä käytetään esimerkiksi leipomoissa jauhojen puhdistamiseen rautapitoisista epäpuhtauksista. Nauhurien kokonaisnostovoima näissä erottimissa on pääsääntöisesti vähintään 120 N. Magneettisessa kentässä jauhojen tulee liikkua ohuena, noin 6-8 mm paksuisena kerroksena, enintään nopeudella. yli 0,5 m/s.

Kestomagneettierottimella on myös merkittäviä haittoja: niiden nostovoima on pieni ja heikkenee ajan myötä magneettien ikääntymisen vuoksi. Sähkömagneeteilla varustetuissa erottimissa ei ole näitä haittoja, koska niihin asennetut sähkömagneetit saavat virtaa tasavirrasta. Niiden nostovoima on paljon suurempi ja sitä voidaan säätää kelavirralla.

Kuvassa Kuva 1 esittää kaavion epäpuhtauksien sähkömagneettisesta erottimesta.Erotusmateriaali syötetään vastaanottosuppiloon 1 ja se liikkuu kuljetinta 2 pitkin ei-magneettisesta materiaalista (messinki jne.) valmistetulle käyttörummulle 3. Rumpu 3 pyörii kiinteän sähkömagneetin DC 4 ympäri.

Keskipakovoima heittää materiaalin purkureikään 5, ja sähkömagneetin 4 magneettikentän vaikutuksesta ferro-epäpuhtaudet "tarttuvat" kuljetinhihnaan ja irtoavat siitä vasta poistuttuaan magneettien toimintakentästä. putoaminen ferroepäpuhtauksien tyhjennysaukkoon 6. Mitä ohuempi tuotekerros on kuljetinhihnalla, sitä parempi erottuminen.

Magneettikenttiä voidaan käyttää varautuneiden hiukkasten erottamiseen hajallaan olevissa järjestelmissä, mikä perustuu Lorentzin voimiin.

missä Fl on varautuneeseen hiukkaseen vaikuttava voima, N, k on suhteellisuustekijä, q on hiukkasvaraus, C, v on hiukkasen nopeus, m / s, N on magneettikentän voimakkuus, A / m, a on kenttä- ja nopeusvektorien välinen kulma.

Positiivisesti ja negatiivisesti varautuneet hiukkaset, ionit poikkeavat vastakkaisiin suuntiin Lorentzin voimien vaikutuksesta, lisäksi erinopeuksiset hiukkaset lajitellaan myös magneettikentässä nopeuksiensa suuruuksien mukaan.

Riisi. 1. Kaavio epäpuhtauksien sähkömagneettisesta erottimesta

Laitteet veden magnetointiin

Lukuisat viime vuosina tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet vesijärjestelmien – teknisten ja luonnonvesien, liuosten ja suspensioiden – magneettikäsittelyn tehokkaan soveltamisen.

Vesijärjestelmien magneettisen käsittelyn aikana tapahtuu seuraavaa:

• koagulaation kiihtyminen — veteen suspendoituneiden kiinteiden hiukkasten tarttuminen,

• adsorption muodostuminen ja parantaminen,

• suolakiteiden muodostuminen haihdutuksen aikana ei astian seinämiin, vaan tilavuuteen,

• kiinteiden aineiden liukenemisen nopeuttaminen,

• kiinteiden pintojen kostuvuuden muutos,

• liuenneiden kaasujen pitoisuuden muutos.

Koska vesi on aktiivinen osallistuja kaikkiin biologisiin ja useimpiin teknologisiin prosesseihin, sen ominaisuuksien muutoksia magneettikentän vaikutuksesta hyödynnetään menestyksekkäästi elintarviketekniikassa, lääketieteessä, kemiassa, biokemiassa ja myös maataloudessa.

Nesteessä olevien aineiden paikallisen pitoisuuden avulla on mahdollista saavuttaa:

• suolanpoisto ja luonnonvesien ja teknologisten vesien laadun parantaminen,

• puhdistusnesteet suspendoituneista epäpuhtauksista,

• valvoa elintarvikefysiologisten ja farmakologisten liuosten toimintaa,

• mikro-organismien selektiivisen kasvun prosessien hallinta (bakteerien, hiivan kasvu- ja jakautumisnopeuden nopeuttaminen tai estäminen),

• jäteveden bakteerien huuhtoutumisprosessien hallinta,

• magneettinen anestesiologia.

Kolloidisten järjestelmien, liukenemis- ja kiteytysprosessien ominaisuuksien säätelyä käytetään:

• sakeutus- ja suodatusprosessien tehokkuuden lisääminen,

• suolojen ja muiden kertymien vähentäminen,

• parantaa kasvien kasvua, lisää niiden satoa, itävyyttä.

Huomioikaa magneettisen vedenkäsittelyn ominaisuudet. 1. Magneettinen käsittely edellyttää pakollista veden virtausta tietyllä nopeudella yhden tai useamman magneettikentän läpi.

2.Magnetoinnin vaikutus ei kestä ikuisesti, vaan häviää jonkin ajan kuluttua magneettikentän päättymisen jälkeen tunneissa tai päivissä mitattuna.

3. Käsittelyn vaikutus riippuu magneettikentän induktiosta ja sen gradientista, virtausnopeudesta, vesijärjestelmän koostumuksesta ja ajasta kentällä. On huomattava, että hoitovaikutuksen ja magneettikentän voimakkuuden suuruuden välillä ei ole suoraa yhteyttä. Magneettikentän kallistuksella on tärkeä rooli. Tämä on ymmärrettävää, jos ajatellaan, että aineeseen epätasaisen magneettikentän puolelta vaikuttava voima F määräytyy lausekkeella

missä x on aineen magneettinen susceptibiliteetti tilavuusyksikköä kohti, H on magneettikentän voimakkuus, A / m, dH / dx on intensiteettigradientti

Pääsääntöisesti magneettikentän induktioarvot ovat alueella 0,2-1,0 T ja gradientti on 50,00-200,00 T / m.

Magneettikäsittelyn parhaat tulokset saavutetaan veden virtausnopeudella kentällä, joka on 1–3 m/s.

Veteen liuenneiden aineiden luonteen ja pitoisuuden vaikutuksesta tiedetään vähän. Havaittiin, että magnetointivaikutus riippuu vedessä olevien suolaepäpuhtauksien tyypistä ja määrästä.

Tässä on joitain hankkeita vesijärjestelmien magneettisesta käsittelystä kestomagneeteilla ja sähkömagneeteilla, jotka toimivat eri taajuuksilla virroilla.

Kuvassa 2. esittää kaavion veden magnetointilaitteesta kahdella lieriömäisellä kestomagneetilla 3, Vesi virtaa koteloon L sijoitetun onton ferromagneettisen sydämen 4 muodostaman magneettipiirin raossa 2 Magneettikentän induktio on 0,5 T, kaltevuus on 100,00 T / m Raon leveys 2 mm.

Riisi. 2. Veden magnetointilaitteen kaavio

Riisi. 3.Laite vesijärjestelmien magneettiseen käsittelyyn

Sähkömagneeteilla varustettuja laitteita käytetään laajalti. Tämän tyyppinen laite on esitetty kuvassa. 3. Se koostuu useista sähkömagneeteista 3, joiden kelat 4 on sijoitettu diamagneettiseen pinnoitteeseen 1. Kaikki tämä sijaitsee rautaputkessa 2. Vesi virtaa putken ja rungon väliseen rakoon, suojattu diamagneettisella kannella. Magneettikentän voimakkuus tässä raossa on 45 000-160 000 A / m. Muissa tämäntyyppisten laitteiden versioissa sähkömagneetit asetetaan putkeen ulkopuolelta.

Kaikissa tarkastelluissa laitteissa vesi kulkee suhteellisen kapeiden rakojen läpi, joten se on esipuhdistettu kiinteistä suspensioista. Kuvassa Kuva 4 esittää kaavion muuntajatyyppisestä laitteesta. Se koostuu ikeestä 1, jossa on sähkömagneettiset käämit 2, joiden napojen väliin on asetettu diamagneettista materiaalia oleva putki 3. Laitetta käytetään veden tai selluloosan käsittelyyn eritaajuisilla vaihto- tai sykkivillä virroilla.

Tässä kuvataan vain tyypillisimmät laitemallit, joita käytetään menestyksekkäästi eri tuotantoalueilla.

Magneettikentät vaikuttavat myös mikro-organismien elintärkeän toiminnan kehittymiseen. Magnetobiologia on kehittyvä tieteenala, joka löytää yhä enemmän käytännön sovelluksia muun muassa elintarviketuotannon bioteknologisissa prosesseissa. Vakioiden, muuttuvien ja sykkivien magneettikenttien vaikutus mikro-organismien lisääntymiseen, morfologisiin ja kulttuurisiin ominaisuuksiin, aineenvaihduntaan, entsyymitoimintaan ja muihin elämänaktiviteettiin paljastuu.

Magneettikenttien vaikutus mikro-organismeihin, niiden fysikaalisista parametreista riippumatta, johtaa morfologisten, kulttuuristen ja biokemiallisten ominaisuuksien fenotyyppiseen vaihteluun. Joillakin lajeilla voi hoidon seurauksena muuttua kemiallinen koostumus, antigeeninen rakenne, virulenssi, vastustuskyky antibiooteille, faageille ja UV-säteilylle. Joskus magneettikentät aiheuttavat suoria mutaatioita, mutta useammin ne vaikuttavat ekstrakromosomaalisiin geneettisiin rakenteisiin.

Ei ole olemassa yleisesti hyväksyttyä teoriaa, joka selittäisi solun magneettikentän mekanismia. Todennäköisesti magneettikenttien biologinen vaikutus mikro-organismeihin perustuu yleiseen epäsuoran vaikutuksen mekanismiin ympäristötekijän kautta.