Постоянное магнитное поле
Постоянное магнитное поле (ПМП) создается постоянным электрическим током или веществами, имеющими свойства постоянных магнитов.
Основные физические параметры, характеризующие ПМП, следующие:
- • магнитная индукция (В, Тл);
- • напряженность магнитного поля (Н, А/м);
- • магнитный поток (Ф, Вебер).
Магнитная индукция — это векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в данной точке пространства. Она равняется силе, действующей в данном поле на проводник единичной длины с единичным
Напряженность — это величина, характеризующая магнитное поле (МП) независимо от свойств среды. Вектор напряженности совпадает с вектором индукции.
Магнитный поток — это физическая величина, равная плотности потока силовых линий магнитного поля, проходящих через бесконечную малую площадь.
Постоянные магниты — это намагниченные заготовки из ферромагнитных материалов, которые подразделяются на литые и керамические.
Литые постоянные магниты представляют собой намагниченные слитки ферромагнитных сплавов стали с добавками кобальта или никеля.
Керамические ПМ изготавливаются путем спекания или прессования порошка, содержащего наполнитель — окись бария, двуокись кремния и ферромагнитные вещества (железная окалина, никель, кобальт).
В приборостроении широкое применение находят постоянные магниты из соединений редкоземельных элементов с кобальтом.
ПМП взаимодействует практически со всеми веществами, что определяет широкое использование его в промышленности:
- • производство постоянных магнитов;
- • изготовление запоминающих логических устройств в вычислительной технике;
- • использование в электродвигателях и генераторах постоянного тока;
- • применение в магнетронах, в устройствах фокусировки электронного луча и электронно-оптических приборах;
- • производство магнитных бесконтактных муфт;
- • обеспечение электромагнитной защиты от проникающих излучений, в том числе космических;
- • изготавление магнитных плит для крепления деталей некоторых типов шлифовальных станков;
- • производство креплений деталей в металлообработке;
- • использование в качестве шайб подъемных кранов;
- • применение при магнитной обработке воды для предотвращения накипи в котлах, улучшения качества бетона, при исследовании веществ методами ядерного магнитного резонанса и электронного парамагнитного резонанса, в физиотерапевтической практике и в других сферах.
Источниками ПМП являются электролизные ванны, линии передачи постоянного тока (до 20 мкТл), шинопроводы и другие электротехнические устройства, по которым течет постоянный ток. Высокие уровни ПМП (10-100 Тл) создаются в салонах транспортных средств на магнитной подушке.
К воздействию ПМП чувствительны практически все основные физиологические системы организма, обеспечивающие оптимум его функционирования и взаимодействия с окружающей средой.
Подавление условно-рефлекторной деятельности, снижение импульсации нейронов коры головного мозга с увеличением числа медленных волн и появлением вспышек веретенообразной активности было выявлено при изучении биологических эффектов ПМП на животных.
Постоянное магнитное поле приводит к депрессивным реакциям сердечно-сосудистой системы лабораторных животных (снижение артериального давления, брадикардия, синусовая аритмия, изменение зубцов ЭКГ и др.), вызывает дезактивацию нервных процессов, сопровождающихся определенными морфологическими изменениями по типу деструкции отдельных нервных элементов, и некоторые морфологические и биохимические нарушения миокарда. Наблюдается уменьшение количества эритроцитов и гемоглобина, содержания нейтрофилов, удлиняется время свертывания крови, увеличивается эмбриональная смертность, снижаются масса и размеры эмбрионов, увеличивается число плодов с дефектами развития.
ПМП способствует увеличению времени решения задач, латентных периодов сенсорно-моторных реакций на звук и свет при выполнении добровольцами операторских задач.
Оценка и нормирование ПМП осуществляются дифференцированно в зависимости от времени его воздействия на работника за смену для условий общего (на все тело) и локального (кисти рук, предплечье) в соответствии с СанПиН
2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях». ПДУ напряженности (индукции) ПМП на рабочих местах представлены в таблице 32.
Предельно допустимые уровни постоянного магнитного поля
Время воз- действия за рабочий день
Условия воздействия
ПДУ напряженности, кА/м
ПДУ магнитной индукции, мТл
ПДУ напряженности, кА/м
ПДУ магнитной индукции, мТл
При необходимости пребывания персонала в зонах с различной напряженностью (индукцией) ПМП общее время выполнения работ в этих зонах не должно превышать предельно допустимое для зоны с максимальной напряженностью.
Контроль осуществляется на постоянных рабочих местах персонала или в случае отсутствия постоянного рабочего места в нескольких точках рабочей зоны, расположенных на разных расстояниях от источника ПМП, при всех режимах работы источника или только при максимальном режиме. Определяющим является наибольшее из всех зарегистрированных значений. Измерения выполняются при работе источника с максимальной мощностью и после выведения работника из зоны контроля.
Контроль уровней ПМП на рабочих местах не осуществляется при значении магнитной индукции на поверхности магнитных изделий ниже ПДУ. В случае непосредственного контакта рук человека измерения магнитной индукции ПМП производятся путем непосредственного контакта датчика средства измерения с поверхностью магнита.
Отнесение условий труда к тому или иному классу вредности и опасности при воздействии постоянного магнитного поля осуществляется в соответствии с Руководством
Р 2.2.2006-05 «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда» (табл. 33).
Классы условий труда при действии постоянного магнитного поля
Класс условий труда
Постоянное магнитное поле 4 )
Превышение ПДУ (раз)
а ) Значения ПДУ, с которыми проводится сравнение измеренных на рабочих местах величин ЭМП, определяются в зависимости от времени воздействия фактора в течение рабочего дня.
4) В соответствии с СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в про- изводственных условиях»_
Согласно Руководству Р 2.2.2006-05 условия труда при воздействии ПМП подразделяются на оптимальный (уровни соответствуют естественному фону), допустимый (уровни не превышают ПДУ), вредный (уровни превышают ПДУ) — подразделяется на 2 степени.
Защита от воздействия ПМП сводится к защите расстоянием и экранированию. Экран следует изготавливать из магнитомягких материалов, причем он должен быть замкнутым. Вместе с тем ПМП быстро убывает по мере удаления от источника. Вот почему при работах с постоянными магнитами, магнитными дефектоскопами, станками с магнитным креплением обрабатываемых деталей защита в ряде случаев сводится к выведению работающего из зоны повышенного магнитного поля.
В различных электромагнитных устройствах возможно применение дистанционного управления (магнитные дефектоскопы и другие источники ПМП, магнитоимпульсные установки и электрогидравлические установки). Если невозможно дистанционное управление МИУ и ЭГУ, предлагается снижать напряженность поля при помощи экранирования установки или рабочего места. Установки для намагничивания и размагничивания следует обесточивать при внесении в них деталей; наилучшим решением при этом является автоблокировка.
На участках с магнитными установками и материалами надо избегать появления дополнительных источников ПМП. Для этого легко намагничивающиеся (магнитомягкие) материалы следует располагать не ближе 1 м от имеющихся источников ПМП.
Лечебно-профилактические мероприятия включают проведение обязательных предварительных и периодических медицинских осмотров работников.
ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ
ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ. Источниками постоянных магнитных полей (ПМП) на рабочих местах являются постоянные магниты, электромагниты, сильноточные системы постоянного тока (линии передачи постоянного тока, электролитные ванны и др. электротехнические устройства). Постоянные магниты и электромагниты широко используются в приборостроении, в магнитных шайбах подъемных кранов и др. фиксирующих устройствах, в магнитных сепараторах, устройствах для магнитной обработки воды, магнитогидродинамических генераторах (МГД), установках ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), а также в физиотерапевтической практике.
Основные физические параметры, характеризующие ПМП:
напряженность поля (Н, ампер на метр, А/м);
магнитный поток (Ф, вебер, Вб);
магнитная индукция (или плотность магнитного потока, В, тесла, Тл).
По материалам ВОЗ уровни ПМП в местах нахождения персонала, обслуживающего МГД-генераторы, термоядерные устройства, достигают 50 мТл. В применяемых в медицине установках магнитного резонанса пациенты подвергаются воздействию ПМП до 2 Тл и более. Высокие уровни (10—100 мТл) создаются в салонах транспортных средств на магнитной подушке. Средние уровни ПМП в рабочей зоне операторов в электролитических процессах составляют 5—10 мТл. Уровни ПМП под высоковольтными линиями передачи постоянного тока — порядка 20 мкТл.
Биологическое действие ПМП. Наиболее чувствительными к воздействию ПМП являются системы, выполняющие регуляторные функции (нервная, сердечно-сосудистая, нейроэндокринная и др.) в организме человека. Описаны изменения в состоянии здоровья у работающих с источниками ПМП, которые наиболее часто проявляются в форме вегетодистоний, астеновегетативного и периферического вазовегетативного синдромов или их сочетания. Кровь достаточно устойчива к воздействию ПМП. Отмечается лишь тенденция к снижению количества эритроцитов и содержания гемоглобина, а также умеренный лейко- и лимфоцитоз. Периферический вазовегетативный синдром (или вегетативно-сенситивный полиневрит) характеризуется вегетативными, сенситивными расстройствами в дистальном отделе рук, изредка сопровождающимися легкими двигательными и рефлекторными нарушениями.
Нормирование ПМП. В соответствии с нормативным документом «Предельно допустимые уровни воздействия постоянных магнитных полей при работе с магнитными устройствами и магнитными материалами» № 1742-77, утвержденным и введенным в действие в 1977 г., напряженность ПМП на рабочих местах не должна превышать 8 кА/м, что соответствует 0,01 Тл (10 мТл), при различных условиях воздействия ПМП на организм человека (непрерывном, периодическом). В 1991 г. Международным комитетом по неионизирующим излучениям при Международной ассоциации радиационной защиты в качестве ПДУ рекомендованы следующие уровни ПМП:
2,0 Тл (кратковременное воздействие на тело);
5,0 Тл (кратковременное воздействие на руки);
0,01 Тл (непрерывная экспозиция).
Контроль ПМП на рабочих местах осуществляется в порядке предупредительного и текущего санитарного надзора путем измерения напряженности поля и магнитной индукции (плотности магнитного потока). Измерения проводят на постоянных рабочих местах возможного нахождения персонала. В случае отсутствия постоянного рабочего места в пределах рабочей зоны выбирается несколько точек, расположенных на различных расстояниях от источника. При выполнении ручных операций в зоне действия ПМП и при работах с намагниченными материалами (порошками) и постоянными магнитами, когда контакт с ПМП ограничен локальным воздействием (кисти рук, плечевой пояс), измерения следует проводить на уровне конечных фаланг пальцев кистей, середины предплечья, середины плеча.
Измерения магнитной индукции постоянных магнитов проводят путем непосредственного контакта датчика прибора с поверхностью магнита. В гигиенической практике используются приборы, основанные на законах индукции, эффекте Холла. Флюксметры (веберметры) или баллистические гальванометры непосредственно измеряют изменения магнитного потока, который замыкается на калиброванной измерительной катушке; наиболее часто используются баллистические гальванометры типа М-197/1 и М-197/2, флюксметры типа М-119 и М-119т, тесламетры.
Могут использоваться эрстедметры для измерений напряженности ПМП по степени отклонения намагниченной стрелки, т. е. по величине момента сил, поворачивающих стрелку в определенной точке пространства.
Участки производственной зоны с уровнями, превышающими ПДУ, следует обозначать специальными предупреждающими знаками с дополнительной поясняющей надписью «Осторожно! Магнитное поле!». Необходимо уменьшать воздействие ПМП на работников путем выбора рационального режима труда и отдыха, сокращения времени нахождения в условиях действия ПМП, определения маршрута, ограничивающего контакт с ПМП в рабочей зоне.
Профилактика воздействия ПМП. При проведении ремонтных работ систем шинопроводов следует предусматривать шунтирование. Лица, обслуживающие технологические установки постоянного тока, системы шинопроводов или контактирующие с источниками ПМП, должны проходить предварительный и периодические медицинские осмотры в установленном порядке.
На предприятиях электронной промышленности при сборке полупроводниковых приборов используют сквозные технологические кассеты, ограничивающие контакт кистей рук с ПМП. На предприятиях по производству постоянных магнитов автоматизируют процесс измерения магнитных параметров изделий посредством устройств, исключающих контакт с ПМП. Целесообразно применение дистанционных приспособлений (щипцы из немагнитных материалов, пинцеты, захваты), которые предупреждают возможность локального действия ПМП на работника. Должны применяться блокирующие устройства, отключающие электромагнитную установку при попадании кистей рук в зону действия ПМП.
Российская энциклопедия по охране труда. — М.: НЦ ЭНАС . Под ред. В. К. Варова, И. А. Воробьева, А. Ф. Зубкова, Н. Ф. Измерова . 2007 .
Постоянное магнитное поле
Магнитное поле — одна из форм электромагнитного поля, которое действует только на движущиеся тела, которые имеют электрический заряд или намагниченные тела не зависимо от их движения.
Источниками этого поля являются постоянные электрические токи, движущиеся электрические заряды (телами и частицами), намагниченные тела, переменные электрические поля. Источниками постоянного магнитного поля являются постоянные токи.
Свойства магнитного поля
Во времена, когда изучение магнитных явлений только началось, исследователи особенное внимание уделяли тому, что существуют полюса в намагниченных брусках. В них магнитные свойства проявлялись особенно ярко. При этом четко было видно, что полюса магнита различны. Разноименные полюса притягивались, а одноименные отталкивались. Гильберт высказал идею о существовании «магнитных зарядов». Эти представление подержал и развил Кулон. На основе опытов Кулона силовой характеристикой магнитного поля стала сила, с которой магнитное поле действует на магнитный заряд, равный единице. Кулон же обратил внимание на существенные различия между явлениями в электричестве и магнетизме. Различие проявляется уже в том, что электрические заряды можно разделить и получить тела с избытком положительного или отрицательного заряда, тогда как невозможно разделить северный и южный полюса магнита и получить тело только с одним полюсом. Из невозможности деления магнита на исключительно «северный» или «южный» Кулон решил, что два эти вида зарядов неразрывны в каждой элементарной частице намагничивающего вещества. Так, было признано, что каждая частица вещества — атом, молекула или их группа — есть нечто вроде микро магнита с двумя полюсами. Намагничивание тела при этом — процесс ориентации его элементарных магнитов под влиянием внешнего магнитного поля (аналог поляризации диэлектриков).
Взаимодействие токов реализуется посредством магнитных полей. Эрстед обнаружил, что магнитное поле возбуждается током и оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку. У Эрстеда проводник с током был расположен над магнитной стрелкой, которая могла вращаться. Когда ток шел в проводнике, стрелка поворачивалась перпендикулярно проволоке. Смена направления тока вызывало переориентацию стрелки. Из опыта Эрстеда следовало, что магнитное поле имеет направление и должно характеризоваться векторной величиной. Эту величину назвали магнитной индукцией и обозначили: $\overrightarrow.$ $\overrightarrow$ аналогичен вектору напряженности для электрического поля ($\overrightarrow
Магнитное поле воздействует только на движущийся электрический заряд. Магнитное поле рождается движущимися электрическими зарядами.
Магнитное поле движущегося заряда. Магнитное поле витка с током. Принцип суперпозиции
Магнитное поле электрического заряда, который движется с постоянной скоростью, имеет вид:
где $<\mu >_0=4\pi \cdot <10>^<-7>\frac<Гн><м>(в\ СИ)$ — магнитная постоянная, $\overrightarrow
Магнитная индукция элемента с током в системе СИ:
где$\ \overrightarrow
- $- элемент проводника с током (направление задано направление тока), $\vartheta$ — угол между $\overrightarrow
- $ и $\overrightarrow
- $ и $\overrightarrow
Для магнитного поля выполняется принцип суперпозиции:
где $<\overrightarrow>_i$ — отдельные поля, которые порождаются движущимися зарядами, $\overrightarrow$ — суммарная индукция магнитного поля.
Задание: Найдите отношение сил магнитного и кулоновского взаимодействия двух электронов, которые движутся с одинаковыми скоростями $v$ параллельно. Расстояние между частицами постоянно.
Будем считать, что один электрон поле создает (и магнитное и электрическое), а другой в нем движется. Тогда на электрон, который движется в поле, действует со стороны магнитного поля сила равная (система СИ):
Поле, которое создает второй движущийся электрон равно:
Модуль силы Кулона, которая действует на электрон, в поле равна:
Найдем отношение сил $\frac
Готовые работы на аналогичную тему
Задание: По витку с током в виде окружности радиуса R циркулирует постоянный ток силы I. Найдите магнитную индукцию в центре окружности.
Выберем на проводнике с током элементарный участок (рис.1), в качестве основы для решения задачи используем формулу индукции элемента витка с током:
где$\ \overrightarrow
- $- элемент проводника с током (направление задано направление тока), $\vartheta$ — угол между $\overrightarrow
- $ и $\overrightarrow
От всех элементов тока будет образовываться магнитные поля, которые направлены по оси x. Это значит, что результирующий вектор индукции магнитного поля можно найти как сумму проекций отдельных векторов$\ \ \overrightarrow
Что такое постоянное магнитное поле
Постоянные магниты. Постоянное магнитное поле.
Магнит – это тела, обладающие способностью притягивать железные и стальные предметы и отталкивать некоторые другие благодаря действию своего магнитного поля. Силовые линии магнитного поля проходят с южного полюса магнита, а выходят с северного полюса (рис. 1).
Рис. 1. Магнит и силовые линии магнитного поля
Постоянный магнит – изделие из магнитотвёрдого материала с высокой остаточной магнитной индукцией, сохраняющее состояние намагниченности в течение длительного времени. Постоянные магниты изготавливаются различной формы и применяются в качестве автономных (не потребляющих энергии) источников магнитного поля (рис. 2).
Электромагнит – устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока. Обычно электромагнит состоит из обмотки иферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке электрического тока.
Рис. 2. Постоянный магнит
В электромагнитах, предназначенных, прежде всего, для создания механического усилия также присутствует якорь (подвижная часть магнитопровода), передающий усилие.
Постоянные магниты, изготовленные из магнетита, применялись в медицине с древнейших времен. Царица Египта Клеопатра носила магнитный амулет.
В древнем Китае в «Императорской книге по внутренней медицине» затрагивался вопрос применения магнитных камней для коррекции в теле энергии Ци – «живой силы».
В первые теорию магнетизма разработал французский физик Андре Мари Ампер. Согласно его теории намагниченность железа объясняется существованием электрических токов, которые циркулируют внутри вещества. Свои первые сообщения о результатах опытов Ампер сделал на заседание Парижской академии Наук осенью 1820 года. Понятие “магнитное поле” в физику ввел английский физик Майкл Фарадей. Магниты взаимодействуют посредством магнитного поля, он же ввел понятие магнитных силовых линий.
Векторное магнитное поле
Векторное поле – это отображение, которое каждой точке рассматриваемого пространства ставит в соответствие вектор с началом в этой точке. Например, вектор скорости ветра в данный момент времени изменяется от точки к точке и может быть описан векторным полем (рис. 3).
Скалярное магнитное поле
Если каждой точке М заданной области пространства (чаще всего размерности 2 или 3) поставлено в соответствие некоторое (обычно – действительное) число u, то говорят, что в этой области задано скалярное поле. Другими словами, скалярное поле – это функция, отображающая Rn в R (скалярная функция точки пространства).
Геннадий Васильевич Николаев по простому рассказывает, показывает и на простых опытах доказывает существование второго типа магнитного поля, которое наука по странной причине не нашла. Со времен Ампера еще было предположение, что оно существует. Открытое Николаевым поле он назвал скалярным, но его еще частенько называют его именем. Николаев привел электромагнитные волны к полной аналогии с обычными механическими волнами. Сейчас физика рассматривает электромагнитные волны, как исключительно поперечные, но Николаев уверен и доказывает, что они так же и продольные или скалярные и это логично, как может вперед распространяться волна, не имея прямого давления, это просто абсурдно. По мнению ученого, наукой продольное поле было скрыто специально, возможно в процессе редактирование теорий и учебников. Сделано это с простым умыслом и согласовано с другими урезаниями.
Рис. 3. Векторное магнитное поле
Первое урезание, которое сделали это отсутствие эфира. Почему?! Потому, что эфир это энергия, или среда, которая находится под давлением. И это давление, если правильно организовать процесс можно использовать как бесплатный источник энергии. Второе урезание это убрали продольную волну, это как следствие, что если эфир это источник давления, то есть энергии, то если в нем складывать только поперечные волны, то никакой свободной или бесплатной энергии получить нельзя, нужна обязательно продольная волна.
Тогда встречное наложение волн дает возможность откачивание давления эфира. Часто эту технологию называют нулевой точкой, что в общем правильно. Именно на границе соединения плюса и минуса (повышенного и пониженного давления), при встречном движении волн можно получить так называемую зону Блоха или по простому провал среды (эфира), куда будет привлечена дополнительная энергия среды.
Работа представляет собой попытку практического повторения некоторых опытов описанных в книге Г.В.Николаева “Современная электродинамика и причины ее парадоксальности” и воспроизведение генератора и мотора Стефана Маринова, насколько это возможно в домашних условиях.
Опыт Г.В. Николаева с магнитами: Использовались два круглых магнита от динамиков
Два плоских расположенных на плоскости разноименными полюсами магнита. Притягиваются друг к другу (рис. 4), между тем, как при перпендикулярном расположении их (вне зависимости от ориентации полюсов) сила притяжения отсутствует (присутствует только крутящий момент) (рис. 5).
Теперь разрежем магниты посередине и соединим попарно разными полюсами, образовав магниты первоначального размера (рис. 6).
При расположении этих магнитов в одной плоскости (рис. 7) они вновь будут, например, притягиваться друг к другу, между тем как при перпендикулярном расположении они будут уже отталкиваться (рис. 8). В последнем случае продольные силы, действующие по линии разреза одного магнита, являются реакцией на поперечные силы, действующие на боковые поверхности другого магнита,и наоборот. Существование продольной силы противоречит законам электродинамики. Эта сила является результатом действия скалярного магнитного поля, присутствующего в месте разреза магнитов. Такой составной магнит и называется siberian colia.
Магнитная яма это явление, когда векторное магнитное поле отталкивает, а скалярное магнитное поле притягивает и между ними рождается расстояние.