Что такое постоянное магнитное поле: Постоянное магнитное поле

Содержание

Постоянное магнитное поле

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{B}.

2}\left(2\right),\]

где$\ \overrightarrow{r}$- радиус-вектор, проведенный из элемента тока в рассматриваемую точку, $\overrightarrow{dl}$- элемент проводника с током (направление задано направление тока), $\vartheta$ -- угол между $\overrightarrow{dl}$ и $\overrightarrow{r}$. Направление вектора $\overrightarrow{dB}$ -- перпендикулярно к плоскости, в которой лежат $\overrightarrow{dl}$ и $\overrightarrow{r}$. Определяется правилом правого винта.

Для магнитного поля выполняется принцип суперпозиции:

\[\overrightarrow{B}=\sum{{\overrightarrow{B}}_i\left(3\right),}\]

где ${\overrightarrow{B}}_i$ -- отдельные поля, которые порождаются движущимися зарядами, $\overrightarrow{B}$ -- суммарная индукция магнитного поля.

Пример 1

Задание: Найдите отношение сил магнитного и кулоновского взаимодействия двух электронов, которые движутся с одинаковыми скоростями $v$ параллельно. Расстояние между частицами постоянно.

Решение:

Будем считать, что один электрон поле создает (и магнитное и электрическое), а другой в нем движется.

2}2\pi R=\frac{{\mu }_0}{2}\frac{I}{R}.\]

Ответ: $B$=$\frac{{\mu }_0}{2}\frac{I}{R}.$

Постоянное магнитное поле и его физиотерапевтическое воздействие на организм

Что такое физиотерапия?

Не всегда даже медики – профессионалы четко понимают, что такое физиотерапия.  Физис – природа, т.е. использование природных факторов в лечебных, профилактических и реабилитационных целях.

А что такое природные или физические факторы? Вы хорошо их знаете. Они делятся на так называемые естественные – это солнце, воздух, вода, лечебные грязи и вторую часть – это преформированные (т.е. видоизмененные) – по сути это те же природные факторы, но они видоизменены при помощи аппаратов. Это — электрическая энергия, магнитные поля, все это есть в природе, та же световая энергия, но при помощи аппарата они подводятся к человеку, это составляет второй раздел физиотерапии – аппаратная физиотерапия, которая и используется в кабинетах физиотерапии каждой поликлиники. 115 лет назад профессором Штанге была создана Санкт-Петербургская кафедра физиотерапии.

Сразу хочу обратить внимание, что наряду с тем, что физиотерапия это была медицинская специальность, всегда существовала домашняя физиотерапия. Хотя, по большому счету, домашняя физиотерапия присутствовала у человечества всегда: во-первых, это лёд, который прикладывали к ушибам и травмам, это и грелки для прогревания. Естественно, с развитием цивилизации, под влиянием технического прогресса появилась аппаратная физиотерапия и для домашнего применения. Человек дома всегда использовал методы физиотерапии и знал, что это поможет. Кстати, очень важный вопрос: «А это поможет?» Вроде дозы такие небольшие. Вы должны четко понимать: «Да, это поможет.»

Это связано с жизнью в целом. Дело в том, что Вы хорошо знаете, что человек живет в различных условиях от Сахары до Арктики. Наш организм всегда подвергается воздействию всевозможных факторов: то дождь льет, то жара, то холод и пр. Это очень серьёзная нагрузка на защитные силы организма. Несмотря на это, мы живы и наш организм нормально работает в пределах каких-то величин. У нас постоянная температура тела, постоянное давление (у здоровых, конечно), нормально работает желудок. Т.е. организм работает в системе, какого-то постоянства. Это состояние было названо гомеостазом. Гомеостаз — это постоянство каких-то величин, которые позволяют организму существовать независимо от того, что происходит в окружающей среде, а иногда и внутри организма.

Как же организм приспосабливается, в результате чего? Дело в том, что приспособиться можно по-разному. Эволюция, т.е. развитие, привела к тому, что наш организм приспосабливается по-разному. Во-первых, можно просто не реагировать на изменения. Но все живые организмы, ткани выбрали другое направление — это реагирование и настройка на изменяющиеся условия. Наверное, самая интересная реакция живого организма на внешние какие-то раздражители была открыта доктором Селье в 1932 году. Он обратил внимание, что первая реакция организма практически на любые раздражители — это реакция стресса.

Кто из нас не знает, что все болезни от стрессов? И действительно, стресс крайне важная реакция организма. Но она возникает на мощные раздражители, воздействующие на нас. При этом стресс бывает также и хроническим, если раздражители не только сильные, но и продолжительные. Наша жизнь, её темп, мы должны всё успеть. Как Вы понимаете, это как раз и способствует такому состоянию. Мы сидим за компьютерами, пользуемся мобильными телефонами и смотрим телевизор. И всё это время на нас действуют электромагнитные поля. Особенно интенсивные поля на нас действуют в метрополитене, там доза электромагнитных излучений превышает норму на 500 пдн. Организм, естественно, реагирует на такое воздействие и реакция — это стресс. Стресс протекает фазно, и при этом происходят различные изменения в организме, причем некоторые приводят к разрушениям тканей. При начальной фазе могут возникать даже язвы в желудочно-кишечном тракте, что в дальнейшем может привести к тяжелым заболеваниям. Нашими отечественными специалистами в 69-м году были выделены другие системы реакции организма. Такими системами является реакция на малые раздражители.

Это так называемая реакция тренировки. И на раздражители средней степени – это реакции активации. Я бы хотела обратить внимание на реакцию тренировки, т.е. ответ организма на раздражения малой силы по своей величине.

А стоит ли использовать раздражения малой величины? А зачем они нам нужны? Так вот, нашими исследователями, физиологами было доказано, что даже на малые раздражители организм реагирует. Причем он тоже реагирует, как и на стресс – есть три стадии. Первое, что организм всегда спрашивает: «А что это такое?», т.е. стадия ориентировки, он должен сориентироваться в этот момент. Как и при стрессе у нас немного увеличивается щитовидная железа, изменяется соотношение в крови форменных элементов, но все эти изменения не выходят за пределы нормы. При настоящем стрессе все показатели далеко выходят за рамки нормы, а здесь они всего лишь достигают верхних границ нормы. Меняется соотношение в гормональной системе, но эти изменения незначительны. Если слабый фактор действует на протяжении нескольких дней, то организм, разобравшись, что ничего страшного не происходит, просто перестаёт реагировать. Если же этот слабый фактор каждый день действует, но чуть выше, т.е. сегодня в одной дозе воздействует, а завтра чуть в большей дозе. Что происходит? Возникает реакция тренированности для организма. Эту стадию назвали стадией тренировки, организм на этой стадии начинает функционировать на чуть более высоком физиологическом уровне.

Что же меняется? Повышается устойчивость защитных сил организма к неблагоприятным условиям, а их у нас более чем достаточно. Вот на этом принципе и основано наше так называемое профилактическое направление физиотерапии, т.е. закаливание организма. И неважно чем закаливаться, можно холодной водой, можно заниматься на тренажерах. Однако при всей видимой простоте кто из нас выполняет эти нехитрые процедуры? Мы предлагаем Вам проводить тренировки с помощью магнитного поля аппликатора магнитостимулирующего НЕВОТОН.

Магнитное поле.

Почему именно магнитное поле? Дело в том, что именно магнитное поле наиболее близко нам по своей природе и его воздействие максимально физиологично. Что же такое магнитное поле, и как оно возникает? Многие из Вас, так или иначе, связаны с техникой и знают, что там, где есть электрические заряды, там есть электрический ток и, соответственно, электромагнитное поле. Но это искусственно созданное магнитное поле. С другой стороны, наша Земля также обладает магнитным полем и имеет соответственно Северный и Южный полюса. Мы с Вами живём в своеобразной электромагнитной колыбели, и если вдруг человеческий организм или любую живую клетку лишить этой колыбели, она перестает функционировать и погибает достаточно быстро. Магнитное поле Земли чутко реагирует на все изменения, происходящие в космосе. Так называемые вспышки на Солнце становятся причиной электромагнитных бурь на Земле. Эти бури становятся настоящим врагом для не очень здоровых людей. На сегодняшний день известно, что в дни магнитных бурь резко ухудшается самочувствие, особенно у тех, кто страдает заболеваниями сердечно-сосудистой системы. В частности, было установлено, что накануне магнитных бурь происходит смена погоды, резко увеличивается количество гипертонических кризов, инфарктов миокарда, кровоизлияний, легочных кровотечений, нарушается реакция вегетативной нервной системы, т.

е. той нервной системы, которая осуществляет регуляцию работы всех внутренних органов. Вегетативная система обеспечивает всю нашу жизнедеятельность. Таким образом, перед нами встает необходимость постоянно поддерживать и усиливать устойчивость организма к неблагоприятным факторам внешней среды.

Воздействие магнитного поля на организм.

Я недаром Вам рассказывала про реакции тренировки. Повышать устойчивость организма можно большим количеством способов. Однако на сегодняшний день современная жизнь не позволяет нам уделять много времени на здоровье, а молодым и красивым хочется быть всегда. В этом отношении магнитное поле, создаваемое приборами, позволяет восстановить нарушенные функции организма. Почему? Потому что было установлено, что магнитное поле, влияя на организм, вызывает в нём те же самые физические и химические процессы. Когда магнитное поле проникает в ткани человека, оно вызывает упорядочивание движения электрически заряженных частиц в жидких средах. Меняются свойства крови, она становится более текучей, перераспределяются форменные элементы: эритроциты и лейкоциты, тромбоциты. Меняется так называемая реология крови, и это, по существу, профилактика ИБС и прочих сердечно-сосудистых заболеваний, бронхитов, тромбозов и т.д. Одновременно с изменениями крови в клетках тканей происходят удивительные процессы: меняется соотношение ядерного вещества, ферментов, активнее начинают работать митохондрии (так называемые энергетические станции клетки), меняется проницаемость клеточной оболочки, и соответственно, газообмен, и обмен веществ клетки. Особенно подвержены воздействию магнитного поля центральная и периферическая нервная система.

Что это даёт? В нервном волокне улучшается проведение нервного импульса, человек легче реагирует на всевозможные изменения окружающей среды. Улучшение работы головного мозга, прежде всего, выражается в своевременном проявлении важной реакции торможения. Реагируя на всевозможные воздействия, человек приходит в состояние возбуждения. И длительное пребывание в этом состоянии приводит к серьёзному истощению организма. Становится очевидно, что реакция торможения жизненно необходима для нормального функционирования организма. И именно эту реакцию восстанавливает и усиливает магнитное поле, т.е. поддерживает жизненные силы организма и защищает от истощения.

Хотелось бы также обратить внимание на то, что магнитное поле благотворно влияет на саму сосудистую стенку, повышает ее тонус. В зоне действия поля в активный кровоток включаются резервные сосуды и капилляры, просвет сосудов расширяется, и кровоснабжение тканей значительно увеличивается.

Этим свойством нередко пользуются косметологи, они говорят: «Хотите быть красивой?» Что надо для этого сделать? Чтобы личико всегда имело здоровый розовый цвет, необходимо улучшить кровоток в тканях лица. Таким образом, обеспечивается доставка питательных веществ, кислорода и в итоге усиливаются обменные процессы, накапливается белок в тканях, т.е. строительный материал для молодых клеток. По этому же принципу осуществляется лечение магнитным полем трофических язв, дряблости кожи и пр. Кстати, существуют методики электромагнитного стимулирования по формированию красивых, рельефных мышц. В то же время наблюдается противовоспалительный эффект магнитного поля. Однако в первую очередь магнитное поле влияет на форменные элементы крови. Ведь именно они и создают так называемый иммунитет. Причиной нарушений в иммунной системе организма являются нехватка форменных элементов крови, их плохое функционирование. Форменные элементы крови вырабатываются стволовыми клетками, которые располагаются в костях. В силу разных причин у каждого человека возникают проблемы с иммунитетом, а воздействие магнитным полем на области стволовых клеток позволяют увеличить количество вырабатываемых лимфоцитов и, следовательно, повысить иммунологический ответ организма. Расположение прибора в медальонной зоне, в месте традиционной китайской точки, которая ответственна за кроветворение, повышает иммунологическую реактивность. В чем же феномен этой зоны? Дело в том, что в медальонной зоне находится грудина. Это губчатая кость, где формируется большое количество стволовых клеток. Поэтому, воздействуя на эту зону, мы непосредственно стимулируем кроветворение и, соответственно, иммунитет.

Хочу обратить Ваше внимание, что при любом физиотерапевтическом воздействии крайне важна дозировка, т.к. результаты могут быть не только положительные, но и разрушительные для организма.

Для постоянного магнитного поля показательной величиной является напряженность порядка 1 мТл. 1 мТл – это та величина, которая уже вызывает значимые лечебные изменения на уровне тканей нашего организма, т.е. улучшения со стороны кроветворения, проведения нервных импульсов и пр. В изделиях фирмы НЕВОТОН напряженность магнитного поля составляет 12 мТл. Эта величина появилась не случайно. Т.к. напряженность магнитного поля падает пропорционально квадрату расстояния от прибора, то для локального воздействия она оптимальна. Официально Минздравом РФ разрешено применение гражданами в домашних условиях без контроля врача магнитных полей до 30 мТл. Однако, чем больше напряженность, тем более внимательно нужно следить за дозировкой. 12 мТл – это та величина, которая позволяет применение аппликатора без опасности передозировки: она не окажет повреждающего воздействия на человека, поле проникает в глубину в пределах нескольких сантиметров. Естественно, что при применении такого мягкого воздействия максимальный лечебный эффект проявится при воздействии на самые чувствительные точки, т.е. точки акупунктуры. Хотелось бы подчеркнуть мысль о том, что при воздействии слабым фактором организм к нему привыкает и перестает на него реагировать. Чтобы этого не происходило, чтобы организм постоянно реагировал на воздействие надо постоянно повышать дозу. Что такое доза? Это сила воздействия и время. Т.к. силу воздействия изменить мы не можем, увеличение дозировки производится за счет увеличения времени проведения процедуры. В нашем случае применение НЕВОТОНА мы рекомендуем начинать с 1,5 – 2 часов, через два-три дня увеличить дозу до 3-4 часов и т.д. Однако, когда проблема стоит остро, к примеру сильные боли, то аппликатор закрепляется на длительный срок 5-12 часов и боль проходит. Как долго необходимо пользоваться прибором? Реакция тренировки может формироваться в течение 15-20 процедур, максимум 25, поэтому постоянно носить аппарат нет необходимости. Через 20-30 дней обычно проводят повторный курс. При решении более сложных проблем курс лечения подобран для каждого заболевания индивидуально и указан в подробной инструкции. Поскольку применение НЕВОТОНА выполняет как профилактические, так и лечебные функции, то пользоваться прибором можно практически всю жизнь.

Постоянное магнитное поле

Магнитотерапия — это одно из направлений физиотерапии, которое подразумевает воздействие постоянным или переменным магнитным полем на организм человека. Известно, что в нормальном функционировании живого организма участвуют биотоки — электрические токи, регистрируемые вследствие функционирования клеток [1]. Однако при патологии происходит нарушение работы биотоков и, как итог, заболевание может приобретать системный характер, затрагивая тем самым другие физиологические системы организма, например, сердечно-сосудистую.

По отношению к магнитному полю вещества можно разделить на две категории: пара- и ферромагнетики [2]. У первых нет внутреннего магнитного поля, а у вторых — есть. Так, содержащий железо гемоглобин эритроцитов, связанный с кислородом, является ферромагнетиком. Поэтому при воздействии на него постоянным магнитным полем кровь лучше снабжает кислородом ткани, что способствует регенеративному эффекту при различных локальных поражениях ткани и за счет ферромагнитных свойств крови, такая терапия способствует улучшению кровообращения.

Следует упомянуть, что магнитное поле изменяет активность и концентрацию ионов в организме, тем самым улучшая их поступление через АТФ-зависимые ионные каналы клеток, а также регулирует активность различных химических веществ, влияет на мышцы и способствует ослаблению воспалительных процессов за счет увеличения диаметра кровеносных сосудов и как следствие улучшения локального кровенаполнения [3]. Постоянное магнитное поле способствует нормализации регенеративной функции клеток, приводя к уменьшению болевого синдрома и нормализации передачи нервных импульсов, что на практике приводит к купированию хронической боли в суставах и мышцах, улучшению физического состояния при хронических артритах [4].

Полезные воздействия от использования магнитов можно разделить на следующие категории:

  • улучшение кровообращения;

  • обезболивание;

  • ускорение обмена веществ;

  • ускорение регенерации тканей;

  • снятие воспалений и отеков.

Постоянное магнитное поле способствует правильной работе внутриклеточных белков, меняя их биоэлектрический потенциал, а также за счет изменения биоэлектрического потенциала в межклеточном пространстве меняется полярность межклеточных соединений, способствуя проникновению волны на более глубокий слой тканей. За счет этого ускоряется метаболизм, что способствует ускорению восстановления организма после заболеваний. Особенно выражено действие магнитов на кровеносную систему: улучшается циркуляция крови, ускоряются восстановительные процессы [5]. При этом постоянное магнитное поле обладает и рядом других особенностей. К его воздействию особенно чувствительны органы, ответственные за иммунитет, повышается уровень цитокинов, антител, изменяется уровень иммуноглобулинов и лимфоцитов, нормализуется лимфоотток и проницаемость сосудистой стенки, тем самым улучшая циркуляцию жидкости в организме [6]. Следует отметить, что за счет улучшения эффективности работы эритроцитов, улучшается работа селезенки и печени, нормализуется уровень билирубина. В нервной системе под влиянием магнитотерапии усиливаются тормозные процессы. Воздействие магнитным полем хорошо переносится людьми пожилого возраста или сильно ослабленными пациентами.


ЛЕЧЕНИЕ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

Терапия с использованием магнитного поля применяется в различных областях медицины [7]. Их можно разделить на большие группы, внутри каждой из которых есть свои показания и противопоказания, которые необходимо обсудить с врачом в момент консультации.

В кардиологии постоянное магнитное поле используется при лечении следующих заболеваний: гипертония, ревматизм, вегетососудистая дистония, кардиосклероз после инфаркта, ИБС сопровождаемый стенокардией. Магнитотерапия показала свою эффективность при лечении атеросклероза, эндартериита, венозной недостаточности, диабетической ангиопатии, синдрома Рейно.

В травматологии магнитотерапия применяется при лечении: артритов инфекционной и неинфекционной этиологии, бурситов, деформирующего остеоартроза, ушибов, растяжений и вывихов, переломы, а также осложнений и хронических болей после этих заболеваний.

В неврологии: различные травмы спинного мозга и позвоночника, проблемы с кровообращением центральной нервной системы, невралгии, параличи, неврастения и неврозы.

В пульмонологии: астма, туберкулез в неактивной форме, хронический бронхит и пневмония.

В оториноларингологии: риниты, гайморит, фарингит, отит, ларингит, трахеит.

В гастроэнтерологии: язвы желудка и 12-ти перстной кишки, дуоденит, хронический гастрит, панкреатит, гепатит, холецистит, неязвенный колит и другое.


ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ

Магнитотерапия запрещена при нарушении свертываемости крови и предрасположенности к кровотечениям, аневризмах и гипотонии. Естественно, если на момент проведения лечения у пациента началось кровотечение, то магнитную терапию следует предотвратить и отложить на более поздний срок.

В список противопоказаний входят: открытая форма туберкулеза, почечная недостаточность и нарушения функции печени, тиреотоксикоз, психические нарушения (шизотипические расстройства и т.п.), обостренные инфекционные заболевания, повышенная температура.

Не рекомендуется применять лечение магнитотерапией на больных, у которых есть искусственные суставы, обладающие ферромагнитными свойствами, или кардиостимуляторы. Такое лечение может негативно сказаться на работе инородных частей, а стимуляторы вообще вывести из строя. При назначении лечения учитывается также возраст пациента, детям до двух лет она также противопоказана.


Постоянное магнитное поле и его влияние на организм человека

Постоянное магнитное поле (далее – ПМП) – это одна из форм электромагнитного поля. Источниками ПМП являются постоянные магниты, электромагниты, сильноточные системы постоянного тока. Постоянные магниты широко используются в приборостроении и при устройствах динамиков, магнитных сепараторов, устройств для магнитной обработки воды, магнито-гидродинамических генераторах, установках ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса и пр. Наиболее чувствительными к воздействию ПМП являются системы, выполняющие регуляторные функции (нервная, сердечно-сосудистая, нейроэндокринная и др.) в организме человека. У работающих с источниками ПМП наиболее часто встречаются изменения в здоровье в форме вегетодистоний, астеновегетативного и периферического вазовегетативного синдромов или их сочетания. Периферический вазовегетативный синдром характеризуется вегетативными, сенситивными расстройствами (атаксия - нарушение походки и координации движений в результате поражения путей глубокой мышечно-суставной чувствительности. У больного исчезает представление о направлении и объеме движений, он не ощущает, как располагаются в пространстве части его тела).

Кровь достаточно устойчива к воздействию ПМП. Отмечается лишь тенденция к снижению количества эритроцитов и содержания гемоглобина, а также умеренный лейко- и лимфоцитоз. Поэтому под воздействием ПМП улучшается циркуляции крови, а также изменяется прохождение нервных импульсов, увеличивается содержание кислорода в крови и увеличивается щелочной состав физиологических жидкостей, магнитное влияние на движущиеся ионы, уменьшаются отложения на стенках кровеносных сосудов и др.

Существует широкий круг медицинских приборов и устройств, методов диагностики и лечения, способов борьбы с различными медицинскими проблемами человека, в которых магнитные явления и свойства магнитных материалов не только с успехом используются, но их применение является научно оправданным.

В перечень исследуемых физических факторов отделения гигиены физических факторов входит проведение инструментальных измерений  уровня постоянного магнитного поля.

Рецензия на книгу Ю.И. Новицкого, Г.В. Новицкой «Действие постоянного магнитного поля на растения»

Магнитобиология – это наука, изучающая ответ живых систем на действие магнитного поля. В последние десятки лет достигнут существенный прогресс в изучении реакции животных, в отличие от растений, на действие магнитного поля. В изучение феноменологии и механизмов ответа растений на слабое постоянное магнитное поле (ПМП) весомый вклад был внесен авторами данной монографии, более полувека посвятивших исследованию проблем магнитобиологии.

Монография состоит из 21 главы, которые объединены в 8 частей, каждая из которых посвящена одной из крупных научных проблем данной области. В книге дается представление о физических аспектах действия ПМП на биологические объекты и анализируются ответы живых организмов на уровне различных физиологических процессов, таких как движение цитоплазмы и органелл, дыхание и фотосинтез, клеточное деление, рост и дифференцировка клеток и тканей, обсуждается мутационное действие ПМП и его влияние на детерминацию пола. Авторы дают общие представления об источниках магнитных полей, их характеристиках, способах измерения, методических особенностях и приемах изучения реакций растений на ПМП, что позволяет читателю получить некоторые базовые представления о специфике исследовательских подходов в данной области физиологии растений. Большой интерес представляет раздел, в котором обстоятельно обсуждаются физиологические реакции растений на величину напряженности и направление однородного магнитного поля, а также жизнь растений в условиях действия неоднородного магнитного поля. Авторы критически проанализировали огромный объем имеющейся научной литературы по данной проблеме, и на этом основании изложили современные представления о механизмах действия ПМП на растения.

В монографии излагаются результаты собственных экспериментов авторов по изучению ответов разных видов растений на ПМП в рамках эволюционно-исторических значений изменения его напряженности на Земле, а также на совместное действие ПМП с переменным магнитным полем или другими физическими факторами. В работе широко использованы физиологические, биохимические, биофизические и цитологические методы и подходы.

Особый интерес вызывает открытие авторами различных магнито-физиологических типов растений, отличающихся друг от друга характером ориентации в магнитном поле, а также их физиологическими и биохимическими особенностями. Впервые продемонстрировано, что корригирующие факторы – температура и электромагнитное поле несветового диапазона – изменяют воздействие ПМП на растения на различных уровнях его организации: от изменения ионного баланса до протекания интегральных физиологических процессов (роста, дыхания, фотосинтеза, прорастания и др.). Впервые изучено влияние как слабого постоянного, так и переменного, магнитных полей на морфологические показатели, определяемые в течение всего развития растений. Установлено, что постоянное магнитное поле тормозит прохождение всех стадий онтогенеза, замедляя формирование листьев, переход к стрелкованию, бутонизации, образованию стручков и полноценных семян, и приводит к значительному изменению структуры урожая.

Большое внимание авторы уделяют результатам исследований по влиянию слабого (постоянного и переменного) магнитного полей на состав и содержание липидов на ранних этапах развития растений. Установлено, что слабое ПМП изменяет состав и содержание полярных липидов – галакто- и фосфолипидов. Совокупность полученных данных позволила сделать существенный вывод о том, что изменение состава и содержания липидов мембран растительной клетки на действие слабого ПМП характерно для всех растительных организмов. Впервые показано, что действие слабого ПМП приводит не только к изменению содержания липидов мембран растительной клетки, но и к изменению содержания сахаров, биомедиаторов – ацетилхолина и ацетилхолинэстеразы, а также состава и содержания основных катионов.

На основании анализа представленных в книге результатов следует очень важное общебиологическое заключение, согласно которому действие магнитного поля реализуется на разных уровнях организации растения и на различных этапах его жизненного цикла.

Выход из печати монографии, посвященной действию постоянного магнитного поля на растения, является заметным событием в области экспериментальной биологии растений. Данная книга является своего рода пособием для всех, кого интересует жизнь растения в условиях измененного магнитного поля. Она будет полезна не только для студентов старших курсов университетов и молодых исследователей, но и для уже состоявшихся ученых, которые хотят познакомиться с состоянием дел в одной из областей современной физиологии растений.

Влияние постоянного магнитного поля на показатели системы крови и созревание сперматозоидов Rana ridibunda Pall. Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 591.044:597.851

ВЛИЯНИЕ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ СИСТЕМЫ КРОВИ И СОЗРЕВАНИЕ СПЕРМАТОЗОИДОВ RANARIDIBUNDA PALL.

В современном мире мы постоянно сталкиваемся с электромагнитными полями. Компьютеры, линии электропередач, мобильные телефоны, СВЧ-печи, без этих и множества других технических приспособлений жизнь любого современного человека наполнится массой неудобств. Однако, до конца еще невыяснено действие, которое оказывает электромагнитное излучение на организм живого существа. Недооценка роли влияния ЭМП на организм может привести к непредсказуемым последствиям. В связи с этим большое значение приобретает изучение проблемы влияния постоянных и переменных магнитных полей на функционирование организмов животных [1].

В связи с этим, предметом данного исследования являются последствия воздействия электромагнитного излучения на живые объекты. Под последствиями мы здесь понимаем физиологические изменения, которые происходят в организме животного, подвергшегося воздействию магнитных полей. Таким образом, цель настоящей работы - изучение влияния постоянного магнитного поля на морфофункциональные показатели организма представителей бесхвостых амфибий.

Эксперименты выполнены на лягушках Rana ridibunda Pall., находящихся в состоянии анабиоза. Для достижения поставленной цели нами в течение 2008-2009 годов исследовано воздействие постоянного магнитного поля на некоторые морфофункциональные показатели. Были изучены изменения, происходящие в их организме под воздействием поля постоянных магнитов (ферромагнетик, величина магнитной индукции - 2.28 мкТл на расстоянии 5 см).

Лягушки были помещены на три дня в холодильную камеру (контроль и опыт), под опытную группу помещались несколько кусков ферромагнетика. После трехдневного воздействия их извлекали и проводили серию аналитических исследований (гематологические, морфометрические параметры).

Для оценки общего состояния животных проводили взвешивание, измерение длины тела, по которым определяли относительный возраст лягушек. Подсчет эритроцитов проводили в камере Г оряева. Концентрацию гемоглобина в цельной крови и в плазме определяли унифицированным гемиглобинцианидным методом [2].

Для достижения поставленной цели были исследованы особенности строения и созревания гамет.

Для получения зрелых половых продуктов в любое время года лягушкам инъецировали суспензию гипофизов. По аналогии с R. pipiens рекомендуется в октябре-

Белгородский государственный

университет

Россия, 308015, г. Белгород,

ул. Победы, 85

E-mail: [email protected]

А.А. Присный С.В. Кулько Т.А. Пигалева

Приведены особенности реакции морфофункциональных показателей организма Rana ridibunda Pall. на воздействие постоянного магнитного поля. Выявлены достоверные изменения показателей гематокрита у животных, подвергшихся воздействию постоянного магнитного поля. У самцов лягушек, подвергшихся воздействию постоянного магнитного поля, достоверно увеличивается число аномальных сперматозоидов. Установлено наличие угнетающего влияния постоянного магнитного поля на кроветворение и репродуктивную систему лягушек.

Ключевые слова: постоянное магнитное поле, кроветворение, гематокрит, сперматозоиды.

Введение

Объекты и методы исследования

декабре вводить суспензию пяти гипофизов, в январе-феврале - четырех, а в марте -трех. Гипофизы можно брать как от самок, так и от самцов, по активности они мало различаются.

Лягушек обездвиживали путем разрушения центральной нервной системы. После вскрытия брюшной полости извлекали половые железы и помещали их в раствор Рингера. Семенники самцов опытной и контрольной группы измельчали ножницами в небольшом сосуде, после чего заливали 10 мл отстоянной воды и оставляли на 3-5 минут, для физиологической активации сперматозоидов. Полученную суспензию изучали под микроскопом.

Всего для опыта было взято 20 лягушек. 10 - группа опыта, 10 - группа контроля.

Статистическая обработка полученных результатов проведена с использованием электронных таблиц «Microsoft Excel 7.0».

Результаты и их обсуждение

При внешнем осмотре отличий между особями группы контроля и группы опыта как до эксперимента, так и после него обнаружено не было.

Нами была произведена серия замеров тела лягушек. Средняя масса лягушки опытной группы до эксперимента составляла 75.44±1.42 г, а после эксперимента значение уменьшилось до 73.77±1.21 г. Максимальная масса лягушки составляла 96.23 г, уменьшилась до 89.23 г, минимальная - 62.18 г (63.11 до эксперимента). Остальные параметры тела лягушек не подверглись изменению.

При сравнении гематологических параметров лягушек контрольной и опытной группы после эксперимента проявляются существенные различия. Так, например, отмечено снижение количества эритроцитов в крови, соответственно с этим происходит уменьшение количества гемоглобина. На 5% снижается содержание форменных элементов в крови, значительно снижается вязкость крови (особенно плазмы), СОЭ и СГЭ. Незначительно изменяется рН в сторону увеличения кислотности (табл. 1).

Таблица 1

Гематологические показатели лягушек Rana ridibunda

Параметры Опыт Конт роль

самцы (n=6) самки (n=4) смцы (n=6) самки (n=4)

Количество эритроцитов, 1012 л-1 0.242i0.0l5 0.219І0.024* 0,286i0,025 0,317±0,020

Гемоглобин, г/л 50.504i3.451 42.396i3.331* 58,056±3,7l6 54,054±2,282

Гематокрит, % 17.318il.611 14.250il.925 22,000il,9l5 18,625±1,474

Вязкость Кровь 6.393i0.422 4,829±0,477* 6,87l±0,605 7,633±0,280

Плазма 2.600i0.l80* 2,000i0,23l 5,4і7±0,835 4,530±0,451

Эр.масса 7.664±0.83і 6,4l7±l,408 7,783±l,2l2 7,940±0,518

Коэффициент гемоконцентрации, 10-13 л 34.128i0.665 39.165i0.879* 34,804±6,6i8 27,222±1,832

СГЭ, пг 0.707І0.06* 0.638i0.07* 2,306i0,l9 1,848±0,12

Плазменный гемоглобин, г/л 0.l63±0.043 0.179І0.024

pH крови 8.i85±0.042 8.193І0.036

СОЭ, мм/ч 8.25І0.949 10.738i0.557

Каталазное число 2.897І0.863 3.256i0.65l

Примечание: * - статистическая значимость достоверности различия с исходными данными при р < 0.05.

Реакция системы эритрона лягушек на действие постоянного магнитного поля заслуживает более пристального рассмотрения [3]. Большая часть изученных клеток относится к низкостойкой популяции (быстроразрушающейся), вероятно, это связано со структурно-функциональными особенностями строения эритроцитарной мембраны лягушек. Изученный экспериментальный материал подтверждает, что эритроциты лягушек обладают динамическим старением. Для них характерна максимальная продолжительность жизни по сравнению с эритроцитами других видов животных. У бес-

хвостых амфибий она достигает 1000-1400 суток, т.е. старение эритроцитов приближается по своему характеру к старению других неделящихся специализированных клеток организма. При этом эритроциты лягушек способны к обновлению белков ядра и негемоглобиновых белков цитоплазмы. О большей биохимической и биологической полноценности эритроцитов земноводных косвенно свидетельствуют и данные о способности эритроцитов земноводных к фагоцитозу бактерий, попадающих в кровь [4].

В современной биофизике выдвинута концепция окислительной модификации белков, вызываемой аккумуляцией измененных ферментов с возрастом. Установлено, что возрастные изменения внутриклеточных структур являются следствием окислительного повреждения трех основных клеточных макромолекул (нуклеиновых кислот, липидов и белков) активными формами кислорода [5]. Мы предполагаем, что в результате воздействия постоянного магнитного поля, эритроциты лягушек подвергаются окислительному стрессу, что приводит к увеличению проницаемости мембран большей части клеток для ионов Н+, вследствие чего скорость гемолитического процесса нарастает.

Оценка морфологии сперматозоидов - один из самых субъективных и неоднозначных разделов в спермиологическом исследовании. Обычно, численность морфологически нормальных сперматозоидов составляет 55-60% от общего количества гамет. Тератоспермию определяют в тех случаях, когда количество имеющих нормальное строение сперматозоидов составляет менее 20%. У сперматозоидов подопытных животных длина хвоста преимущественно соответствовала длине головки, граница шейки с хвостом не была выражена, однако наблюдалось большое количество измененных, аномальных сперматозоидов - 48 %, в то время как у животных контрольной группы этот показатель составил около 12 % (табл. 2).

Таблица 2

Морфологические показатели сперматозоидов лягушек Ra.no. rid.ibun.da

Параметры Опыт Контроль

Патологии шейки, % 11.4±0.95 1.2±0.7б*

Патологии хвостика, % 13-3±3-04 5-5±1-05*

Патологии головки, % 23.3±1.13 5.7±2.11*

Примечание: * - статистическая значимость достоверности различия с исходными данными при р < 0.05.

Ухудшение морфологических показателей часто носит временный характер и встречается при стрессах, токсических воздействиях и др. Также, морфологическая картина эякулята в значительной мере зависит от экологической обстановки в регионе обитания животного. Как правило, количество патологических форм увеличивается у обитателей промышленных зон.

Заключение

Морфометрические показатели лягушек опытной группы до и после воздействия постоянным магнитным полем находились в пределах нормативных значений. При этом выявлено некоторое снижение массы тела. Показатели массы внутренних органов не претерпели достоверных изменений. При этом отмечена тенденция к уменьшению массы печени.

У лягушек опытной группы отмечено достоверное (р<0.5) снижение показателей свертываемости крови и вязкости. Выявлены достоверные изменения показателей гематокрита у животных, подвергшихся воздействию постоянного магнитного поля. Показатели гематокрита снизились на 27% у самцов и на 31% у самок.

тт »-» _ »-»

У самцов лягушек опытной группы, подвергшихся воздействию постоянного магнитного поля, достоверно увеличивается число аномальных сперматозоидов.

В целом, исследование показало наличие угнетающего влияния постоянного магнитного поля на кроветворение и репродуктивную систему лягушек.

Список литературы

1. Леднев В.В. Биоэффекты слабых комбинированных, постоянных и переменных магнитных полей / / Биофизика. - 1996. - Т. 41, № 1. - С. 224-232.

2. Современные методы в биохимии / Под ред. В.Н. Ореховича. - М.: Медицина, 1977. -

392 с.

3. Подковкин В.Г. Влияние электромагнитных полей окружающей среды на системы гомеостаза. - Самара: Изд-во «Самарский университет», 2000. - 108 с.

4. Медведев Ж.А. О некоторых особенностях эритропоэза и старения эритроцитов лягушки / / Онтогенез. - 1972. - Т 3, №4. - С. 394-403.

5. Levine R.L., Stadtman E.R. Oxidative modification of proteins during aging // Proc. Acad. Sci. USA. - 2000. - Vol. 899. - P. 191-208.

INFLUENCE OF A CONSTANT MAGNETIC FIELD ON MORPHOPHYSIOLOGY PARAMETERS OF BLOOD SISTEM AND SPERM CELLS OF RANA RIDIBUNDA PALL.

A.A. Prisny S.V. Kulko T.A. Pigaleva

This paper deals with the reaction of the organism Rana ridibunda L. on the influence of the constant magnetic field. It reveals the changes in hematocrit of the animals subjected to the constant magnetic field, in particular, frog toms have much more abnormal sperm cells. It is established that the constant magnetic field influences oppressively on the frogs’ hematosis and reproductive system.

Belgorod State University Pobedy St, 85, Belgorod, 308015, Russia E-mail: [email protected]

Key words: constant magnetic field, hemopoiesis, hematocryt, sperm cells.

Транспорт

 

Комфортная металлическая коробка автомобиля, самолета, различных плавсредств оказываются очень опасными для человека. Если скорость транспортного средства превышает 80 км, внутри него нарастает огромная для человека напряженность электромагнитного поля.

Электротранспорт - мощный источник электромагнитных полей частотой до 100 Гц. (низкочастотные поля). По другим данным частота магнитного поля может достигать 1000 Гц.

Городской транспорт на электрической тяге использует постоянный электрический ток, железнодорожный транспорт использует переменный ток.

Транспорт на электрической тяге является источником постоянного магнитного поля

В пригородных электропоездах максимальные значения магнитной индукции около 75 мкТл. В метрополитене регистрируются самые большие показатели электромагнитной индукции: при отправлении электрички на платформе - 50-100 мкТл и более, в вагоне - до 150-200 мкТл (в десять раз больше).

Трамвай, троллейбус - 20 мкТл, в 100 раз выше допустимых норм, по другим данным - 150 мкТл, в 750 раз выше.

В салоне троллейбуса колебания магнитного поля не велики и магнитные поля компенсируют друг друга на гораздо меньшем расстоянии, чем у проводов трамвая, где обратным проводом являются рельсы.

Пригородный железнодорожный транспорт характеризуется максимальными значениями индукции магнитного поля в 75 мкТл при средних значениях в 20 мкТл.

У трамваев, где обратный провод - рельсы, магнитные поля компенсируют друг друга на гораздо большем расстоянии, чем у проводов троллейбуса, а внутри троллейбуса колебания магнитного поля невелики даже при разгоне.

Но самые большие колебания магнитного поля - в метро. При отправлении состава величина магнитного поля на платформе составляет 50-100 мкТл и больше, превышая геомагнитное поле. Даже когда поезд давно исчез в туннеле, магнитное поле не возвращается к прежнему значению. Лишь после того, как состав минует следующую точку подключения к контактному рельсу, магнитное поле вернется к старому значению. Правда, иногда не успевает: к платформе уже приближается следующий поезд и при его торможении магнитное поле снова меняется. В самом вагоне магнитное поле еще сильнее - 150-200 мкТл, то есть в десять раз больше, чем в обычной электричке. 


 Электричка пригородная- 20 мкТл, в 100 раз выше допустимых норм.

В вагоне метро - 150-200 мкТл, в 750-1000 раз выше допустимой нормы.

На станции метро (при отправлении поезда) - 50 - 100 мкТл, в 250-500 раз выше нормы.

Электромагнитное поле на платформе после отправления поезда вернется к прежнему значению только после того, как состав оставит позади следующую точку подключения к контактному рельсу.

В городах электромагнитный фон, создаваемый автомобильным транспортом в движении составляет 20-30 % от общего и это зависит от плотности автомобилей на единицу площади.

Напомним, что напряженность геомагнитного поля в городе около 0,45 Гаусс. В металлическом автомобиле, трамвае, троллейбусе, лифте, поезде метро, самолете, каюте судна ее показатель резко снижается - 0,01 Гаусса. Поэтому длительная поездка в электротранспорте, перелет - утомляют.

 

Магнитное поле токоведущего провода

Темы и файлы

E&M Тема

  • Электромагнетизм, магнитное поле в катушке

Напильник Capstone

Перечень оборудования

Введение

Цель этого упражнения - измерить магнитное поле, создаваемое токоведущим проводом в форме катушки.Используйте усилитель мощности для создания и измерения тока в катушке и используйте датчик магнитного поля для измерения напряженности магнитного поля в катушке. Используйте Capstone для записи и отображения данных. Рассчитайте проницаемость свободного пространства ( μ 0 ) на основе размера и количества витков в катушке, измеренного тока и измеренного магнитного поля.

Фон

Токоведущий провод испытывает магнитную силу при помещении в магнитное поле, создаваемое внешним источником, например постоянным магнитом.Токоведущий провод также создает собственное магнитное поле. Ганс Христиан Эрстед (1777–1851) впервые обнаружил этот эффект в 1820 году, когда он заметил, что провод с током влияет на ориентацию расположенной рядом стрелки компаса. Стрелка компаса выравнивается с чистым магнитным полем, создаваемым током и землей. Открытие Эрстеда, связавшее движение электрических зарядов с созданием магнитного поля, положило начало важной дисциплине, называемой электромагнетизмом.Экспериментально обнаружено, что величина B магнитного поля, создаваемого длинным прямым проводом, прямо пропорциональна току I и обратно пропорциональна радиальному расстоянию r от провода, как показано ниже. Константа пропорциональности преобразует выражение в уравнение, которое дает величину магнитного поля вокруг длинного прямого провода. Константа « μ 0 » известна как проницаемость свободного пространства, и ее значение показано ниже.

(3)

мкм 0 = 4 π × 10 −7 Тлм / А

Если токопроводящий провод согнут в круговую петлю, силовые линии магнитного поля вокруг петли будут иметь рисунок, аналогичный тому, что есть вокруг стержневого магнита. В центре петли радиусом R магнитное поле перпендикулярно плоскости петли и имеет значение, показанное в уравнении ниже, где I обозначает ток в петле. Часто петля состоит из N и витков провода, намотанных так близко друг к другу, что они образуют плоскую катушку с одной петлей.В этом случае магнитные поля отдельных витков складываются, чтобы получить результирующее поле, которое в Н, в раз больше, чем у одиночной петли. Для такой катушки магнитное поле в центре зависит от количества петель, тока и радиуса петли, как показано в уравнении ниже.

Copyright © 2016 Advanced Instructional Systems, Inc. и Физический факультет Университета Центральной Флориды | Кредиты

Круговое движение в магнитном поле

Круглый движение в магнитном поле

Заряженных частиц в магнитное поле чувствует силу, перпендикулярную их скорость.Поскольку их движение всегда перпендикулярно сила, магнитные силы из-за отсутствия работы и частицы скорость остается постоянной. Поскольку сила F = qvB в постоянном магнитном поле, а заряженная частица чувствует силу постоянной величины всегда направлен перпендикулярно его движению. Результат круговая орбита.

Схема ниже представляет собой постоянное магнитное поле для двух случаев. На слева магнитное поле направлено на страницу при включении справа строки поля выходят из страницы. пересекает укажите, что поле направлено на страницу. Можно думайте об этом как о хвосте пера, когда оно улетает из поля зрения, тогда как точек представляют точку приближающейся стрелки. Тот факт, что поле равномерное обозначается одинаковым шагом стрелок. Используя правило правой руки, можно увидеть, что положительный частица будет иметь против часовой стрелки и по часовой стрелке орбиты показаны ниже.

Радиус орбита зависит от заряда и скорости частицы, а также напряженность магнитного поля. Ускорение частицы на круговой орбите:

Использование F = ma , получаем:

Таким образом, радиус орбиты зависит от импульса частицы, mv , и продукт заряда и силы магнитное поле.Таким образом, измеряя кривизну след частицы в известном магнитном поле, можно вывести импульс частицы, если знать ее заряжать. Устройство, которое работает таким образом, называется магнитный спектрометр. Самая высокоэнергетическая физика эксперименты используют именно такие устройства, хотя частицы имеют такой импульс, что они никогда не кружатся но только изгиб на несколько градусов от их прямой линии траектории.


Примеры Магнитный поля и индекс силы

Что такое закон индукции Фарадея?

Закон индукции Фарадея описывает, как электрический ток создает магнитное поле и, наоборот, как изменяющееся магнитное поле генерирует электрический ток в проводнике.Английский физик Майкл Фарадей получил признание за открытие магнитной индукции в 1830 году; однако, по данным Техасского университета, американский физик Джозеф Генри, независимо друг от друга, сделал то же открытие примерно в то же время.

Значение открытия Фарадея невозможно переоценить. Магнитная индукция позволяет создавать электродвигатели, генераторы и трансформаторы, которые составляют основу современных технологий. Понимая и используя индукцию, мы получаем электрическую сеть и многие вещи, которые мы к ней подключаем.

Закон Фарадея позже был включен в более полные уравнения Максвелла, по словам Майкла Дабсона, профессора физики из Университета Колорадо в Боулдере. Уравнения Максвелла были разработаны шотландским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом, чтобы объяснить взаимосвязь между электричеством и магнетизмом, по сути объединив их в единую электромагнитную силу и описав электромагнитные волны, из которых состоят радиоволны, видимый свет и рентгеновские лучи.

Электричество

Согласно Рочестерскому технологическому институту, электрический заряд является фундаментальным свойством материи.Хотя трудно описать, что это на самом деле, мы хорошо знакомы с тем, как он ведет себя и взаимодействует с другими зарядами и полями. По словам Серифа Урана, профессора физики в Питтсбургском государственном университете, электрическое поле от локализованного точечного заряда относительно просто. Он описывает ее как излучающуюся одинаково во всех направлениях, как свет от голой лампочки, и уменьшающуюся в силе как обратный квадрат расстояния (1/ r 2 ) в соответствии с законом Кулона.Когда вы удаляетесь вдвое дальше, напряженность поля уменьшается до одной четвертой, а когда вы удаляетесь в три раза дальше, она уменьшается до одной девятой.

Протоны имеют положительный заряд, а электроны - отрицательный. Однако протоны в основном иммобилизованы внутри атомных ядер, поэтому перенос заряда из одного места в другое выполняют электроны. Электроны в проводящем материале, таком как металл, в значительной степени могут свободно перемещаться от одного атома к другому по своим зонам проводимости, которые являются высшими электронными орбитами.Достаточная электродвижущая сила (ЭДС) или напряжение вызывает дисбаланс заряда, который может заставить электроны перемещаться по проводнику из области с более отрицательным зарядом в область с более положительным зарядом. Это движение мы называем электрическим током.

Магнетизм

Чтобы понять закон индукции Фарадея, важно иметь базовые представления о магнитных полях. По сравнению с электрическим полем магнитное поле более сложное. По данным Государственного университета Сан-Хосе, хотя положительные и отрицательные электрические заряды могут существовать отдельно, магнитные полюса всегда приходят парами - северный и южный.Обычно магниты всех размеров - от субатомных частиц до магнитов промышленных размеров до планет и звезд - являются диполями, то есть каждый из них имеет два полюса. Мы называем эти полюса северным и южным по направлению, в котором указывают стрелки компаса. Интересно, что поскольку противоположные полюса притягиваются и, как полюса, отталкиваются, северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным магнитным полюсом, потому что он притягивает северные полюса стрелок компаса.

Магнитное поле часто изображают в виде линий магнитного потока.В случае стержневого магнита силовые линии выходят из северного полюса и изгибаются, чтобы снова войти в южный полюс. В этой модели количество силовых линий, проходящих через заданную поверхность в пространстве, представляет собой плотность потока или напряженность поля. Однако следует отметить, что это всего лишь модель. Магнитное поле гладкое и непрерывное и на самом деле не состоит из дискретных линий.

Силовые линии магнитного поля от стержневого магнита. (Изображение предоставлено snapgalleria Shutterstock)

Магнитное поле Земли создает огромный магнитный поток, но он рассредоточен по огромному пространству.Следовательно, только небольшое количество потока проходит через данную область, что приводит к относительно слабому полю. Для сравнения, магнитный поток от магнита-холодильника крошечный по сравнению с магнитным потоком Земли, но его сила поля во много раз сильнее на близком расстоянии, где магнитные линии гораздо более плотно упакованы. Однако по мере удаления поле быстро становится намного слабее.

Индукция

Если пропустить через провод электрический ток, вокруг него возникнет магнитное поле.Направление этого магнитного поля можно определить по правилу правой руки. По данным физического факультета Университета штата Нью-Йорк Буффало, если вы вытянете большой палец и согнете пальцы правой руки, ваш большой палец будет указывать в положительном направлении тока, а пальцы согнуты в северном направлении магнитного поля. .

Правило левой и правой руки для магнитного поля, создаваемого током в прямом проводе. (Изображение предоставлено Фуадом А. Саадом Shutterstock)

Если вы согнете провод в петлю, силовые линии магнитного поля согнутся вместе с ним, образуя тороид или форму пончика.В этом случае ваш большой палец указывает в северном направлении магнитного поля, выходящего из центра петли, а ваши пальцы будут указывать в положительном направлении тока в петле.

В круговой петле с током (а) правило правой руки определяет направление магнитного поля внутри и снаружи петли. (б) Более подробное отображение поля, подобное полю стержневого магнита. (Изображение предоставлено OpenStax)

Если мы пропустим ток через проволочную петлю в магнитном поле, взаимодействие этих магнитных полей вызовет скручивающую силу или крутящий момент в петле, заставляя ее вращаться, согласно данным Рочестерского института. Технология.Однако он будет вращаться только до тех пор, пока магнитные поля не выровняются. Если мы хотим, чтобы петля продолжала вращаться, мы должны изменить направление тока, что изменит направление магнитного поля петли. Затем петля повернется на 180 градусов, пока ее поле не выровняется в другом направлении. Это основа электродвигателя.

И наоборот, если мы вращаем проволочную петлю в магнитном поле, поле будет индуцировать электрический ток в проводе. Направление тока меняется каждые пол-оборота, создавая переменный ток.Это основа электрогенератора. Здесь следует отметить, что это не движение провода, а скорее размыкание и замыкание петли по отношению к направлению поля, которое индуцирует ток. Когда петля обращена лицом к полю, через петлю проходит максимальное количество магнитного потока. Однако, когда петля повернута ребром к полю, силовые линии не проходят через петлю. Именно это изменение количества потока, проходящего через контур, вызывает ток.

Другой эксперимент, который мы можем провести, - сформировать из провода петлю и подключить концы к чувствительному измерителю тока или гальванометру.Если затем протолкнуть стержневой магнит через петлю, стрелка гальванометра переместится, указывая на индуцированный ток. Однако, как только мы останавливаем движение магнита, ток возвращается к нулю. Поле от магнита будет индуцировать ток только тогда, когда он увеличивается или уменьшается. Если мы вытащим магнит обратно, он снова вызовет ток в проводе, но на этот раз он будет в противоположном направлении.

Магнит в проволочной петле, подключенной к гальванометру. (Изображение предоставлено: Фуад А.Saad Shutterstock)

Если бы мы включили в цепь лампочку, она рассеивала бы электрическую энергию в виде света и тепла, и мы бы почувствовали сопротивление движению магнита, когда мы перемещали его внутрь и из контура. . Чтобы переместить магнит, мы должны совершить работу, эквивалентную энергии, используемой лампочкой.

В еще одном эксперименте мы могли бы построить две проволочные петли, подключить концы одной к батарее с помощью переключателя, а концы другой петли подключить к гальванометру.Если мы разместим две петли близко друг к другу, лицом к лицу, и включим питание первой петли, гальванометр, подключенный ко второй петле, покажет индуцированный ток, а затем быстро вернется к нулю.

Здесь происходит то, что ток в первом контуре создает магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует ток во втором контуре, но только на мгновение, когда магнитное поле изменяется. Когда вы выключаете переключатель, счетчик на мгновение отклоняется в противоположном направлении.Это еще один признак того, что ток индуцирует изменение интенсивности магнитного поля, а не его сила или движение.

Объяснение этому состоит в том, что магнитное поле заставляет электроны в проводнике двигаться. Это движение мы называем электрическим током. В конце концов, однако, электроны достигают точки, в которой они находятся в равновесии с полем, и в этой точке они перестают двигаться. Затем, когда поле снимается или выключается, электроны возвращаются в свое исходное положение, создавая ток в противоположном направлении.

В отличие от гравитационного или электрического поля, магнитное дипольное поле представляет собой более сложную трехмерную структуру, которая изменяется по силе и направлению в зависимости от места измерения, поэтому для ее полного описания требуется расчет. Однако мы можем описать упрощенный случай однородного магнитного поля - например, очень маленький участок очень большого поля - как Φ B = BA , где Φ B - абсолютное значение магнитного потока. , B, - напряженность поля, а A, - определенная область, через которую проходит поле.Наоборот, в этом случае напряженность магнитного поля - это поток на единицу площади, или B = Φ B / A .

Закон Фарадея

Теперь, когда у нас есть базовое представление о магнитном поле, мы готовы определить закон индукции Фарадея. Он утверждает, что индуцированное напряжение в цепи пропорционально скорости изменения во времени магнитного потока, проходящего через эту цепь. Другими словами, чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше будет напряжение в цепи.Направление изменения магнитного поля определяет направление тока.

Увеличить напряжение можно за счет увеличения количества витков в цепи. Индуцированное напряжение в катушке с двумя петлями будет вдвое больше, чем с одной петлей, а с тремя петлями - в три раза. Вот почему настоящие двигатели и генераторы обычно имеют большое количество катушек.

По идее моторы и генераторы одинаковы. Если вы включите двигатель, он будет вырабатывать электричество, а подача напряжения на генератор заставит его вращаться.Однако большинство реальных двигателей и генераторов оптимизированы только для одной функции.

Трансформаторы

Еще одним важным приложением закона индукции Фарадея является трансформатор, изобретенный Николой Тесла. В этом устройстве переменный ток, который меняет направление много раз в секунду, проходит через катушку, намотанную вокруг магнитного сердечника. Это создает изменяющееся магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, индуцирует ток во второй катушке, намотанной вокруг другой части того же магнитного сердечника.

Схема трансформатора (Изображение предоставлено: photoiconix Shutterstock)

Отношение числа витков в катушках определяет соотношение напряжения между входным и выходным током. Например, если мы возьмем трансформатор со 100 витками на входе и 50 витками на выходе, и введем переменный ток 220 вольт, выход будет 110 вольт. Согласно Hyperphysics, трансформатор не может увеличивать мощность, которая является произведением напряжения и тока, поэтому, если напряжение повышается, ток пропорционально понижается, и наоборот.В нашем примере входное напряжение 220 В при 10 А или 2200 Вт даст выходное напряжение 110 В при 20 А, опять же 2200 Вт. На практике трансформаторы никогда не бывают идеально эффективными, но, по данным Техасского университета, потери мощности хорошо спроектированного трансформатора обычно составляют всего несколько процентов.

Трансформаторы делают возможной электрическую сеть, от которой мы зависим для нашего промышленного и технологического общества. Линии передачи по пересеченной местности работают под напряжением в сотни тысяч вольт, чтобы передавать больше энергии в пределах допустимого для проводов тока.Это напряжение многократно понижается с помощью трансформаторов на распределительных подстанциях, пока оно не достигнет вашего дома, где оно, наконец, понижается до 220 и 110 вольт, которые могут запустить вашу электрическую плиту и компьютер.

Дополнительные ресурсы

Статические магнитные поля (0 Гц)

Характеристики поля и его использование

Статические магнитные поля - это постоянные поля, которые не меняют свою интенсивность или направление с течением времени, в отличие от переменных полей низкой и высокой частоты.Следовательно, они имеют частоту 0 Гц. Они оказывают притягивающее действие на металлические предметы, содержащие, например, железо, никель или кобальт, поэтому для этой цели обычно используются магниты. В природе геомагнитное поле Земли действует с юга на север, что позволяет, например, работать с компасом. Гораздо более сильные поля создаются некоторыми типами промышленного и медицинского оборудования, например, устройствами для медицинской резонансной томографии (МРТ).

Сила статического магнитного потока выражается в теслах (Тл) или в некоторых странах в гауссах (Г).Сила естественного геомагнитного поля варьируется от 30 до 70 мкТл (1 мкТл составляет 10 -6 Тл). Бытовые магниты имеют силу порядка нескольких десятков миллитесла (1 мТл = 10 -3 Тл). Напротив, поля оборудования МРТ варьируются от 1,5 до 10 т.

Воздействие статических магнитных полей на тело и последствия для здоровья

Существует несколько известных механизмов, с помощью которых статические магнитные поля могут влиять на биологические системы.Магнитные поля действуют не только на металлические предметы, но и на движущиеся электрические заряды. Что касается биологического функционирования, воздействие статических магнитных полей будет влиять на электрически заряженные частицы и клетки в крови при движении через это поле. Магнитная сила может ускорять или уменьшать движение восприимчивых частиц. Примером может служить снижение скорости прохождения кровяных клеток по кровеносным сосудам. Еще один механизм - сложные электронные взаимодействия, которые могут влиять на скорость конкретных химических реакций.

Только когда люди подвергаются воздействию сильных магнитных полей, таких как те, которые генерируются оборудованием МРТ, или в некоторых специализированных исследовательских центрах, могут возникать ощутимые воздействия на человеческий организм. Поля в 2-3 Тл и выше могут вызывать преходящие ощущения, такие как головокружение и тошнота. Они возникают в результате генерации небольших электрических токов в балансирующем органе уха. Токи генерируют сигналы в мозг, которые предоставляют информацию, отличную от информации, получаемой через зрение, что приводит к ощущениям головокружения и тошноты.Эти эффекты сами по себе не являются неблагоприятными для здоровья, но они могут раздражать и нарушать нормальное функционирование. Нет никаких доказательств неблагоприятных эффектов воздействия полей до 8 Тл, за исключением ограниченной информации о незначительных эффектах на зрительно-моторную координацию и визуальный контраст.

Защита

Рекомендации ICNIRP по воздействию статических магнитных полей защищают от установленных последствий для здоровья. В ситуациях, связанных с воздействием очень сильных полей, следует разработать специальные рабочие процедуры, чтобы минимизировать влияние преходящих симптомов, таких как головокружение и тошнота.В частности, когда воздействие на рабочем месте связано с движением через сильное статическое магнитное поле, при определенных обстоятельствах рекомендуется ограничивать скорость движения через это поле. Для пациентов, проходящих диагностические процедуры МРТ, ICNIRP также предоставил конкретные рекомендации по безопасному выполнению таких процедур.

Кроме того, органы безопасности должны гарантировать наличие положений для защиты людей, которые носят имплантированные ферромагнитные или электронные медицинские устройства, чувствительные к магнитным полям.

Влияние постоянного магнитного поля на конвективную теплопередачу магнитной наножидкости Fe3O4 / вода в горизонтальных круглых трубках

Основные моменты

Характеристики теплопередачи магнитных наножидкостей были проанализированы в магнитном поле.

Изменение числа Нуссельта при различных условиях магнитного поля.

Экспериментальные результаты были проанализированы с использованием распределения интенсивности магнитного потока.

Цепной агрегат с повышенной локальной теплопроводностью магнитных наножидкостей.

Возмущение теплового пограничного слоя привело к увеличению перепада давления потока.

Abstract

В данной работе были экспериментально исследованы теплоотдача и характеристики потока магнитных наножидкостей Fe 3 O 4 / вода под действием магнитного поля. Результаты экспериментов были объединены с распределением плотности магнитного потока.Было проанализировано влияние плотности магнитного потока, градиента магнитного поля и различной ориентации магнитного поля на локальное число Нуссельта и перепад давления потока. Результаты показывают, что увеличение плотности магнитного потока и градиента магнитного поля может значительно улучшить конвективную теплопередачу. При Re 1080 и магнитном поле 415 гаусс локальное число Нуссельта для магнитных наножидкостей 0,5 об.% Fe 3 O 4 / вода увеличилось на 4,36%, тогда как соответствующее значение для магнитного поля 700 гаусс увеличилось. на 7.19%. Кроме того, местное число Нуссельта увеличилось на 32,0% при градиенте магнитного поля 28,6 гаусс / мм. Возникновение цепочечной структуры является основной причиной повышенной конвективной теплоотдачи. Кроме того, возмущение потока, вызванное магнитным полем, увеличивает падение давления. Однако эффект более слабый, чем усиление теплоотдачи.

Ключевые слова

Постоянное магнитное поле

Магнитная наножидкость

Конвективная теплопередача

Плотность магнитного потока

Градиент магнитного поля

Тепловой пограничный слой

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2020 Elsevier Ltd.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Введение в магнитные поля

Основы магнитного поля

В этом разделе представлена ​​справочная информация о магнитных полях применительно к электронным микроскопам и аналогичным приборам. Магнитные поля создаются электрическими токами в пространстве вокруг них. Токи, которые не меняются со временем (называемые постоянными токами или постоянным током), создают постоянные магнитные поля, которые мы называем полями постоянного тока.Постепенное изменение постоянного тока создает соответствующее постепенное изменение в поле постоянного тока. По соглашению мы называем неизменяющиеся поля и поля, которые изменяются таким медленным непериодическим образом, полями постоянного тока.

Токи, которые регулярно меняют знак со временем, называются переменными токами или переменным током и вызывают соответствующие переменные магнитные поля.


Чаще всего поля переменного тока создаются линиями электропередачи и обычно имеют основные частоты 50 или 60 Гц (называемые «линейной частотой»), часто с гармониками примерно до 5 кГц.Поля переменного тока на других частотах могут создаваться вращающимися машинами, содержащими постоянные магниты. Примерами являются магнитные мешалки и машины для плазменного травления, которые могут создавать поля с частотой около 0,3 Гц.

Для измерения магнитных полей используются следующие единицы:
Единица измерения напряженности магнитного поля в системе СИ: Ампер / метр (А / м)
Единица измерения плотности магнитного потока в системе СИ: Тесла (Тл)
Единица измерения плотности магнитного потока в системе СИ : Гаусс (G)

Единицы СИ являются современными единицами, но старая единица CGS, Gauss, до сих пор так широко используется, что осталась в системах Spicer Consulting.Старая единица измерения напряженности магнитного поля CGS, Эрстед, сейчас используется редко.

Блок ампер / метр обычно используется в электроэнергетике, поскольку он напрямую связан с токами, которые создают магнитное поле. Тесла и Гаусс - единицы плотности потока, создаваемого магнитным полем, и являются наиболее распространенными единицами измерения полей. Соотношение между единицами измерения (в воздухе или в космосе) следующее ...
1 Ампер / метр = 1,257 микротесла = 12.57 миллиГаусс

Магнитное поле Земли

Планета Земля окружена постоянным магнитным полем, которое создается постоянным током, протекающим в расплавленном ядре Земли. Ток и магнитное поле поддерживаются эффектом «динамо». Магнитное поле - это векторная величина, то есть имеет величину и направление. Величина поля Земли составляет около 0,5 Гаусс (50 микротесла). Направление вектора магнитного поля приблизительно вертикально на северном и южном полюсах и горизонтально (указывает на север) на экваторе.


Поле Земли претерпевает значительные изменения (включая смену знака) довольно случайным образом в масштабе времени в тысячи лет. Также есть небольшие изменения от 1 до 5 мГс в день, которые, как считается, связаны с взаимодействием солнечного ветра с ионосферой Земли. На приведенном ниже рисунке представлена ​​диаграмма, в которой записаны изменения поля Земли за трехдневный период, измеренные в нашей лаборатории Стюартби. с помощью датчика магнитного поля SC20 / DCMR. Ось Y датчика совмещена с магнитным севером, ось X указывает на восток, а ось Z - вертикально.

Электронные микроскопы

Электронные микроскопы контролируют движение своих электронов с помощью электрических и магнитных полей внутри части прибора, называемой «колонкой». Системы сфокусированного ионного пучка аналогичны. Колонна обычно состоит из набора электронно-оптических компонентов, «линз» для фокусировки электронного луча и «дефлекторов» для позиционирования луча. Колонка в основном сделана из ферромагнитного железа, которое служит магнитопроводом для линз и механической структурой колонки.Магнитные поля внутри некоторых линз могут достигать 10 000 Гаусс (1,0 Тесла), то есть в 20 000 раз больше поля Земли. Железная структура колонны служит частичным барьером для магнитных полей, проникающих в колонну извне, и утечки больших внутренних полей линзы.


Окружающие магнитные поля проникают в столб электронного луча извне (в некоторой степени) и добавляют к магнитным полям в линзах и дефлекторах. Поля переменного тока и поля постоянного тока, которые меняются во время работы микроскопа, могут ухудшить характеристики микроскопа.Обычно поля постоянного тока проникают в столбец больше, чем поля переменного тока. Это связано с тем, что поля переменного тока также ослабляются с помощью механизма, называемого «вихретоковая защита».

Изменяющиеся поля постоянного тока, которые создают проблемы для электронных микроскопов, могут быть созданы стальными объектами, движущимися и локально искажающими поле Земли. Примеры включают дверцы шкафов, стулья, автомобили и лифты (лифты). Сильные изменяющиеся поля постоянного тока могут создаваться электрическими трамваями и электричками, которые потребляют постоянный ток от контактного провода, возвращая его по рельсам.Сверхпроводящие магниты в исследовательских центрах также не являются хорошей новостью для электронных микроскопов, потому что они могут излучать большие поля постоянного тока на расстояния в десятки метров.

Магнитное поле Земли также проникает через столб электронного луча, но для большинства электронных микроскопов его можно считать постоянным, поскольку оно изменяется медленно по сравнению со временем, необходимым для микрофотографии. Его эффект регулируется с помощью органов управления прибора во время повседневной работы микроскопа, и оператор обычно не замечает его присутствие.Для машин электронно-лучевой литографии, используемых для записи сеток для микросхем IC (или для записи непосредственно на кремниевой пластине), изменения магнитного поля Земли во время записи (несколько часов) могут значительно ухудшить точность записанного рисунка. Некоторые производители литографических машин EBeam теперь указывают максимальное изменение поля в 0,1 мГс. Поскольку в обычный день поле Земли изменяется намного сильнее, чем это, необходимо для этих машин, чтобы они соответствовали техническим требованиям, подавление магнитного поля.

Электронные микроскопы формируют свое изображение либо путем проецирования (ПЭМ), либо путем сканирования, чтобы сформировать изображение, подобное телевизору (ПЭМ, STEM). Влияние полей постоянного или переменного тока на проецируемые изображения заключается в перемещении всего изображения, что приводит к потере разрешения на экране изображения. Влияние полей постоянного или переменного тока на сканированные изображения заключается в перемещении частей изображения. Поля линии переменного тока обычно создают волнистые края на изображении, которые часто называют «разрывом края» или «рваным краем». Поля постоянного тока могут вызвать неоднородность изображения и сделать прямые края похожими на горные хребты.Некоторые производители микроскопов проектируют свои сканирующие системы так, чтобы они работали синхронно с линией 50 или 60 Гц. Это устраняет разрыв края, вызванный полями линии переменного тока, но вносит искажение в изображение (например, изображение квадратной сетки изгибается). Однако искажение обычно менее заметно, чем разрыв края, и может быть приемлемым для некоторых приложений.

Формула магнитного поля

Когда электрический ток проходит по проводу, вокруг него образуется магнитное поле.Силовые линии магнитного поля образуют концентрические круги вокруг провода. Направление магнитного поля зависит от направления тока. Его можно определить с помощью «правила правой руки», указав большим пальцем правой руки в направлении тока. Направление линий магнитного поля - это направление ваших согнутых пальцев. Величина магнитного поля зависит от силы тока и расстояния от провода, несущего заряд. В формулу входит константа. Это называется проницаемостью свободного пространства и имеет значение.Единица магнитного поля - Тесла, Т.

.

B = величина магнитного поля (Тесла, Тл)

= проницаемость свободного пространства ()

I = величина электрического тока (Амперы, А)

r = расстояние (м)

Формула магнитного поля Вопросы:

1) Какова величина магнитного поля на расстоянии 0,10 м от провода, по которому течет ток 3,00 А? Если у тока есть векторное направление вне страницы (или экрана), каково направление магнитного поля?

Ответ: Величину магнитного поля можно рассчитать по формуле:

Величина магнитного поля равна 6.00 x 10 -6 Тл, что также можно записать как (микротесла).

Направление магнитного поля можно определить с помощью «правила правой руки», указав большим пальцем правой руки в направлении тока. Направление линий магнитного поля - это направление ваших согнутых пальцев. У тока есть векторное направление вне страницы, поэтому ваши пальцы будут сгибаться против часовой стрелки. Таким образом, силовые линии магнитного поля направлены против часовой стрелки, образуя круги вокруг провода.

2) Если величина магнитного поля на расстоянии 2,00 м от провода составляет 10,0 нТл (нанотесла), какова величина электрического тока, переносимого по проводу? Если силовые линии магнитного поля образуют круги по часовой стрелке в плоскости страницы (или экрана), каково направление вектора электрического тока?

Ответ: Величину электрического тока можно рассчитать, переставив формулу магнитного поля:

Величина магнитного поля указывается в нано-Тесла.Приставка «нано» означает 10 -9 и т. Д. Таким образом, величина магнитного поля на указанном расстоянии составляет:

B = 10,0 нТл

Величина тока в проводе составляет:

Величина электрического тока в проводе 0,100А.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *