Магнит чувствует электрическое поле. Постоянные магниты: принцип действия, производство и использование
Постоянные Магниты и Электромагниты
— особенности и действие.
Тема
Использование свойств магнитов очень широко. Их можно встретить во многих электротехнических, механических и прочих устройствах. Но многим ли известно, как магниты устроены и по какому принципу они работают? В данной статье мы постараемся разобраться с этим и выяснить, как и почему магниты обладают подобными свойствами.
Для начала следует учесть, что в основе действия любого магнита (постоянного или электромагнита) лежит одно и тот же явление. Оно заключается во взаимодействии магнитных полей, которые окружают сам магнит (тело, обладающее магнитными свойствами). А откуда берётся магнитное поле у магнита? Для ответа давайте вспомним физику. Магнитное поле — это особый вид материи, которая возникает вокруг движущихся заряженных частиц. Как Вы должны помнить, любое тело состоит из атомов и молекул (сложная структура из атомов). У любого атома есть ядро, вокруг которого вращаются электроны.
Электрон представляет собой отрицательную электрически заряженную частицу. Поскольку электрон всегда находится в движении, то и вокруг него всегда существует магнитное поле. Но почему тогда все тела не проявляют магнитных свойств? А потому что атомы, находясь в неодинаковом расположении, компенсируют (уравновешивают) магнитные поля друг друга. Но некоторые вещества (ферромагнетики), всё же, способны при воздействии на них интенсивного магнитного импульса развернуть свою внутреннюю структуру таким образом, что магнитные поля имеющихся в нём частиц поворачиваются в одну и туже сторону. Это способствует суммированию всех магнитных полей и появлению внешнего усиленного магнитного поля. Таким образом, появляется постоянный магнит. Но данное свойство у магнита не постоянно.
При определённых условиях имеющаяся однонаправленность частиц постоянного магнита может быть нарушена. К примеру, если постоянный магнит подвергнуть высокой температуре, сильным ударам, перемагничиванию переменным током то его магнитные поля частичек изменят свою структуру и опять тело вернётся в первостепенное состояние (вокруг него уже не будет магнитного поля).
У постоянного магнита имеются свои недостатки: относительно слабая сила магнитного поля, отсутствие возможности управлять, как самой силой магнитного поля, так и его состояниями проявления (когда нужно он магнитит, а когда не нужно, он не магнитит). Данных недостатков лишёны электромагниты. Давайте теперь перейдём к ним.
Электромагниты — это электротехнические устройства, которые при пропускании через них тока способны проявлять магнитные свойства. В основе устройства любого электромагнита лежит простая электрическая катушка, которая намотана на стальной сердечник. Как известно, при подаче на катушку напряжения в ней возникает электрический ток (появляется поток движущихся упорядоченно электронов). А как мы выяснили выше, любая движущаяся электрически заряженная частица способна вокруг себя иметь магнитное поле. Значит, при прохождении электрического тока по катушки вокруг неё возникает магнитное поле.
Для усиления магнитного поля катушки электромагнита у внутрь неё устанавливается стальной сердечник. При появлении магнитного поля в катушки оно способствует изменению внутренней структуры стали (поворачивая внутренние частицы в одном направлении, подобно процессу с постоянным магнитом при его намагничивании).
В итоге магнитные поля самой катушки суммируются с магнитными полями стального сердечника, что усиливает действие электромагнита примерно в тысячу раз. При отключении питания от электромагнита катушка перестаёт магнитить, в результате чего в стальном сердечнике (в силу своих свойств) структура частиц снова меняется на первоначальную, что ведёт к полному его размагничиванию. Силу магнитного поля электромагнита можно легко регулировать путём изменения силы тока, который протекает по катушки электромагнита.
Парящий магнит
Получение картины магнитного поля прямого тока постоянного магнита
Магнитная левитация - Физика в опытах и экспериментах
Субтитры
История развития магнитных материалов
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 более поздние времена о благотворном влиянии магнитов высказывались великие врачи и философы: Аристотель , Авиценна , Гиппократ . В средние века придворный врач Гилберт , опубликовавший сочинение «О магните», лечил от артрита королеву Елизавету I при помощи постоянного магнита. Русский врач Боткин прибегал к методам магнитотерапии .
Первым искусственным магнитным материалом стала углеродистая сталь, закалённая на структуру мартенсита и содержащая около 1,2-1,5 % углерода. Магнитные свойства такой стали чувствительны к механическим и температурным воздействиям. В ходе эксплуатации постоянных магнитов на её основе наблюдалось явление «старения» магнитных свойств стали.
- Бариевые и стронциевые магнитотвердые ферриты
Имеют состав Ba/SrO·6 Fe 2 O 3 и характеризуются высокой устойчивостью к размагничиванию в сочетании с хорошей коррозионной стойкостью. Несмотря на низкие по сравнению с другими классами магнитные параметры и высокую хрупкость, благодаря низкой стоимости магнитотвердые ферриты наиболее широко применяются в промышленности.
- Магниты NdFeB (неодим-железо-бор)
Редкоземельные магниты, изготавливаемые прессованием или литьем из интерметаллида Nd 2 Fe 14 B. Преимуществами этого класса магнитов являются высокие магнитные свойства (B r , H c и (BH) max), а также невысокая стоимость. В связи со слабой коррозионной устойчивостью обычно покрываются медью, никелем или цинком.
- Редкоземельные магниты SmCo (Самарий-Кобальт)
Кроме того, существуют гибкие плоские магниты на полимерной основе с магнитными добавками, которые используются например, для изготовления декоративных магнитов на холодильники, оформительских и прочих работ. Выпускаются в виде лент и листов, обычно с нанесённым клеевым слоем и плёнкой, его защищающей. Магнитное поле у такого плоского магнита полосатое - с шагом около двух миллиметров по всей поверхности чередуются северные и южные полюса.
Магнит
Подковообразный магнит из альнико - сплава алюминия, никеля и кобальта. Магниты изготовляются в виде подковы для того, чтобы приблизить полюса друг к другу с целью создать сильное магнитное поле, с помощью которого можно поднимать большие куски железа.
Рисунок линий силового поля магнита, полученный с помощью железной стружки
Простейшим и самым маленьким магнитом можно считать электрон . Магнитные свойства всех остальных магнитов обусловлены магнитными моментами электронов внутри них . С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном - фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля).
Вебер - магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре сопротивлением 1 ом проходит количество электричества 1 кулон .
Генри - международная единица индуктивности и взаимной индукции. Если проводник обладает индуктивностью в 1 Гн и ток в нём равномерно изменяется на 1 А в секунду, то на его концах индуктируется ЭДС в 1 вольт. 1 генри = 1,00052 · 10 9 абсолютных электромагнитных единиц индуктивности.
Тесла - единица измерения индукции магнитного поля в СИ, численно равная индукции такого однородного магнитного поля, в котором на 1 метр длины прямого проводника, перпендикулярного вектору магнитной индукции, с током силой 1 ампер действует сила 1 ньютон.
Использование магнитов
- Магнитные носители информации: VHS кассеты содержат катушки из магнитной ленты . Видео и звуковая информация кодируется на магнитном покрытии на ленте. Также в компьютерных дискетах и жёстких дисках запись данных происходит на тонком магнитном покрытии. Однако носители информации не являются магнитами в строгом смысле, так как они не притягивают предметы. Магниты в жёстких дисках используются в ходовом и позиционирующем электродвигателях.
- Кредитные , дебетовые , и ATM карты - все эти карточки имеют магнитную полосу на одной стороне. Эта полоса кодирует информацию, необходимую для соединения с финансовым учреждением и связи с их счетами.
- Обычные телевизоры и компьютерные мониторы : телевизоры и компьютерные мониторы, содержащие электронно-лучевую трубку используют электромагнит для управления пучком электронов и формирования изображения на экране. Плазменные панели и ЖК-дисплеи используют другие технологии.
- Громкоговорители и микрофоны : большинство громкоговорителей используют постоянный магнит и токовую катушку для преобразования электрической энергии (сигнала) в механическую энергию (движение, которое создает звук). Обмотка намотана на катушку , прикрепляется к диффузору и по ней протекает переменный ток, который взаимодействует с полем постоянного магнита.
- Другой пример использования магнитов в звукотехнике - в головке звукоснимателя электрофона и в кассетных диктофонах в качестве экономичной стирающей головки.
Магнитный сепаратор тяжёлых минералов
- Электродвигатели и генераторы : некоторые электрические двигатели (так же, как громкоговорители) основываются на комбинации электромагнита и постоянного магнита. Они преобразовывают электрическую энергию в механическую энергию. Генератор, наоборот, преобразует механическую энергию в электрическую энергию путем перемещения проводника через магнитное поле.
- Трансформаторы : устройства передачи электрической энергии между двумя обмотками провода, которые электрически изолированы, но связаны магнитно.
- Магниты используются в поляризованных реле . Такие устройства запоминают своё состояние на время выключения питания.
- Компасы : компас (или морской компас) является намагниченным указателем, который может свободно вращаться и ориентируется на направление магнитного поля, чаще всего магнитного поля Земли.
- Искусство : виниловые магнитные листы могут быть присоединены к живописи, фотографии и другим декоративным изделиям, что позволяет присоединять их к холодильникам и другим металлическим поверхностям.
Магниты часто используются в игрушках. M-TIC использует магнитные стержни, связанные с металлическими сферами
Магниты редкоземельных элементов яйцеобразной формы, которые притягиваются друг к другу
- Игрушки : Учитывая их способность противостоять силе тяжести на близком расстоянии, магниты часто используются в детских игрушках с забавными эффектами.
- Магниты могут использоваться для производства ювелирных изделий. Ожерелья и браслеты могут иметь магнитную застёжку, или могут быть изготовлены полностью из серии связанных магнитов и чёрных бусин.
- Магниты могут поднимать магнитные предметы (железные гвозди, скобы, кнопки, скрепки), которые либо являются слишком мелкими, либо их трудно достать или они слишком тонкие чтобы держать их пальцами. Некоторые отвертки специально намагничиваются для этой цели.
- Магниты могут использоваться при обработке металлолома для отделения магнитных металлов (железа, стали и никеля) от немагнитных (алюминия, цветных сплавов и т. д.). Та же идея может быть использована в рамках так называемого «Магнитного испытания», в которой кузов автомобиля обследуется с магнитом для выявления областей, отремонтированных с использованием стекловолокна или пластиковой шпатлевки.
- Маглев : поезд на магнитном подвесе, движимый и управляемый магнитными силами. Такой состав, в отличие от традиционных поездов, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью движения существует зазор, трение исключается, и единственной тормозящей силой является лишь сила аэродинамического сопротивления.
- Магниты используются в фиксаторах мебельных дверей.
- Если магниты поместить в губки, то эти губки можно использовать для мытья тонких листовых немагнитных материалов сразу с обеих сторон, причём одна сторона может быть труднодоступной. Это могут быть, например, стёкла аквариума или балкона.
- Магниты используются для передачи вращающего момента «сквозь» стенку, которой может являться, например, герметичный контейнер электродвигателя. Так была устроена игрушка ГДР «Подводная лодка». Таким же образом в бытовых счётчиках расхода воды передаётся вращение от лопаток датчика на счётный узел.
- Магниты совместно с герконом применяются в специальных датчиках положения. Например, в датчиках дверей холодильников и охранных сигнализаций.
- Магниты совместно с датчиком Холла используют для определения углового положения или угловой скорости вала.
- Магниты используются в искровых разрядниках для ускорения гашения дуги.
- Магниты используются при неразрушающем контроле магнитопорошковым методом (МПК)
- Магниты используются для отклонения пучков радиоактивных и ионизирующих излучений, например при наблюдении в камерах .
- Магниты используются в показывающих приборах с отклоняющейся стрелкой, например, амперметр. Такие приборы весьма чувствительны и линейны.
- Магниты применяются в СВЧ вентилях и циркуляторах.
- Магниты применяются в составе отклоняющей системы электронно-лучевых трубок для подстройки траектории электронного пучка.
- До открытия закона сохранения энергии, было много попыток использовать магниты для построения «вечного двигателя» . Людей привлекала, казалось бы, неисчерпаемая энергия магнитного поля постоянного магнита, которые были известны очень давно. Но рабочий макет так и не был построен.
- Магниты применяются в конструкциях бесконтактных тормозов состоящих из двух пластин, одна - магнит, а другая из алюминия. Одна из них жёстко закреплена на раме, другая вращается с валом. Торможение регулируется зазором между ними.
Игрушки из магнитов
- Uberorbs
- Магнитный конструктор
- Магнитная доска для рисования
- Магнитные буквы и цифры
- Магнитные шашки и шахматы
Медицина и вопросы безопасности
Из-за того, что человеческие ткани имеют очень низкий уровень восприимчивости к статическому магнитному полю , не существует научных доказательств его эффективности для использования в лечении любых заболеваний . По той же причине отсутствуют научные свидетельства опасности для здоровья человека, связанной с воздействием этого поля. Однако если ферромагнитное инородное тело находится в человеческих тканях, магнитное поле будет взаимодействовать с ним, что может представлять собой серьёзную опасность .
Намагничивание
Размагничивание
Иногда намагниченность материалов становится нежелательной и возникает необходимость в их размагничивании. Размагничивание материалов достигается различными способами:
- нагревание магнита выше температуры Кюри всегда ведёт к размагничиванию;
- поместить магнит в переменное магнитное поле, превышающее коэрцитивную силу материала, а затем постепенно уменьшать воздействие магнитного поля или вывести магнит из него.
Последний способ применяется в промышленности для размагничивания инструментов , жёстких дисков , стирания информации на магнитных карточках и так далее.
Частичное размагничивание материалов происходит в результате ударов, так как резкое механическое воздействие ведёт к разупорядочению доменов.
Примечания
Литература
- Савельев И. В. Курс общей физики. - М .: Наука , 1998. - Т. 3. - 336 с. - ISBN 9785020150003
См. также
Важнейшим вопросом эффективного использования магнитнотвердых материалов является высокое качество намагничивания систем с постоянными магнитами.
Обычно магниты (кроме магнитов из феррита бария) намагничиваются после сборки системы, так как при этом после магнитной стабилизации значение индукции в зазоре оказывается больше, чем при намагничивании без системы, с последующей сборкой и магнитной стабилизацией (рис. 57). На рисунке OA - линия коэффициента размагничивания, характеризующая магнитную систему после сборки; ОС - линия коэффициента размагничивания для магнита без арматуры; В\ и Ва - индукции в зазоре, получаемые после магнитной стабилизации соответственно для системы, намагниченной до и после сборки.
Намагничивание до сборки связано также и с трудностями технологического характера, возникающими при сборке устройства с намагниченным магнитом (необходимость иметь немагнитный инструмент. возможность засорения ферромагнитной пылью и т. п.).
Исследования показали, что для понятного состояния при лучения предельных магнитных характе-
Намагничивании до и пИСТИК напряженность намагничивающе - после сборки г г, г п ґ
Го поля должна быть в 5-7 раз больше
Коэрцитивной силы. Эти данные относятся к тому случаю, когда весь объем магнита пронизывается полем указанной величины, что имеет место, например, при намагничивании магнита с плоскопараллельными полюсами, зажатого между полюсами электромагнита постоянного тока. В большинстве случаев из-за влияния потоков рассеивания, магнитного сопротивления воздушных промежутков, вихревых токов (при намагничивании переменным полем) значение намагничивающего поля должно быть больше указанного и соответствовать 3000-10 000 э.
Для создания полей такой величины в объеме, достаточном для помещения в зазор магнитной системы, требуются значительные намагничивающие ампервитки. При одновитковом намагничивании, которое применяется в ряде случаев, для этого необходимо иметь токи в десятки тысяч ампер.
Применяется намагничивание в установках, питаемых постоянным током, переменным, при одновременном действии постоянного и переменного токов, а также импульсное.
Рис. 57. Изменение маг-
Намагничивание постоянным током производится в электро
магнитах . Такие электромагниты получаются громоздкими и для них требуются мощные источники питания.
Например, пермеаметр сильных полей установки типа У-541, создающий поле, равное 4000 э в зазоре 50 мм, имеет массу, равную 250 кг, а электромагнит, созданный для намагничивания постоянных магнитов, при поле в 40 000 э и зазоре 12 мм потребляет мощность, равную 28 кет.
На переменном токе требуемое значение тока в результате применения трансформаторов получить относительно просто. Однако в этом случае возникают другие трудности: нельзя гарантировать высокое качество намагничивания, так как в зависимости от того, при каком мгновенном значении тока произойдет выключение, магнит может оказаться намагниченным хуже, лучіпе и даже совсем не намагниченным. Для устранения этого недостатка надо или обеспечить выключение тока при достижении им максимального значения, или иметь большой запас по намагничивающему току, что уменьшает вероятность плохого намагничивания.
Следует также иметь в виду влияние вихревых токов, действие которых приводит к тому, что в результате затухания электромагнитной волны при ее проникновении в глубь металла внутренний объем магнита может оказаться ненамагни - ченным.
Связь между минимальной продолжительностью импульса Т, при которой весь объем магнита промагничивается, размерами магнита и его физическими свойствами может быть представлена следующей эмпирической формулой:
Т= 8K^-D2-\0~10 [сек], (62)
Рис. 58. Схематическое устройство ударного трансформатора
Где К - удельная проводимость материала магнита (для желе- зоникельалюминиевых сплавов К= 1,7-104 ом~1)\ В - индукция в магните, гс\ Н - напряженность намагничивающего поля, э\ D - эффективный диаметр магнита, см.
Практическое осуществление метод намагничивания переменным током нашел в ударном трансформаторе (рис. 58).
Трансформатор состоит из первичной обмотки W\ с большим числом витков и вторичной обмотки ®2 = 1 в виде короткозамк - нутой толстой медной шины. При размыкании ключом К цепи первичной обмотки во вторичной возникает импульс тока в несколько десятков тысяч ампер, который и используется для намагничивания магнита.
Б. М. Яновский предложил производить намагничивание по идеальной кривой, для получения которой магнит помещают в постоянное поле и одновременно воздействуют на него переменным полем с убывающей до нуля амплитудой. При этом значение постоянного тока, необходимое для намагничивания до насыщения, может быть взято приблизительно в три раза меньше, чем при отсутствии переменного поля.
Для намагничивания широкое применение находят схемы, в которых используется явление заряда и разряда мощной батареи конденсаторов. Для исключения колебаний в таких схемах применяют различные выпрямляющие устройства, позволяющие пропускать ток в одном направлении, т. е. производить импульсное намагничивание.
Установки с импульсным намагничиванием накапливают энергию в конденсаторе длительно, а отдают ее в процессе разряда за короткий промежуток времени. Поэтому для создания мощного импульса не требуется большого тока потребления, что позволяет использовать для питания установки обычную осветительную сеть. К достоинствам импульсных установок надо отнести также их малые габариты и относительную простоту устройства.
Одна из возможных схем импульсной намагничивающей установки приведена на рис. 59.
Рассматриваемое устройство может быть использовано не только для намагничивания магнитных систем, но также и для их размагничивания. В первом случае должен быть замкнут штепсельный разъем НУ и разомкнут штепсельный разъем РУ, во втором случае - наоборот.
Рассмотрим работу схемы в качестве намагничивающего устройства. При замыкании ключа К напряжение сети подается через трансформатор Тр в обмотку реле Р\, которое срабатывает и замыкает контакт К\, создавая тем самым цепь заряда конденсаторов С, и С2 (через выпрямитель В, зарядное сопротивление 7*ь контакт /Сі и штепсельный разъем НУ). Емкости конденсаторов С] и С2 равны 700 мкф.
Вольтметр V, включенный через делитель напряжения (сопротивления г2 и г3), измеряет текущее напряжение на емкостях. В зависимости от необходимой величины тока в импульсе схема позволяет при помощи сопротивления г4 устанавливать максимальное значение зарядного напряжения от 600 до 1000 в. При достижении заданного значения напряжения срабатывает реле
Рг и размыкает через контакт К.2 цепь питания реле Контакт Ki размыкается, и процесс заряда емкостей заканчивается.
Нажатием кнопки А подается питание на реле Яз, которое, замкнув контакты /Сз, создает цепь питания игнитрона И. Игнитрон зажигается, и батарея конденсаторов разряжается через намагничивающую катушку, подключенную к зажимам 1 и 2. В цепь разряда входят также сопротивления r5 = Ю-2 ом и г6. Первое сопротивление используется при включении осциллографа для наблюдения намагничивающего импульса. Второе сопротивление необходимо для исключения возможности возник-
Рис. 59. Принципиальная схема установки для импульсного намагничивания
Новения обратной полуволны и устанавливается в зависимости от индуктивности намагничивающей обмотки с магнитом.
При использовании схемы для размагничивания штепсель переставляется из гнезда НУ в гнездо РУ, а к зажимам 1, 2 и 3 подключается размагничивающее устройство. Оно представляет собой воздушный трансформатор с двумя обмотками. Начала обмоток соединяются с зажимами 1 и 3, а концы - с зажимом 2. В данном случае при включении питания заряжается только конденсатор Сг. Во время его разряда через игнитрон и первичную обмотку размагничивающего трансформатора во вторичной цепи, представляющей собой колебательный контур, состоящий из индуктивности обмотки и емкости Сь возникают затухающие колебания. Они создают переменное поле с убывающей до нуля амплитудой, которое и используется для размагничивания.
Техника намагничивания зависит от формы и размеров магнита.
Подковообразные магниты можно намагничивать, например, так, как показано на рис. 60.
Устройство для намагничивания состоит из железной плиты с малым магнитным сопротивлением, на котором располагается катушка с большим числом витков. Магниты ставят на плиту, охватывая катушку и замыкая полюса через железо. Установка позволяет осуществить одновременное намагничивание большого числа магнитов.
Рис. 60. Намагничивание подко - Рис. 61. Намагничивание рогооб - вообразных магнитов на плите разных массивных магнитов
Для намагничивания массивных магнитов рогообразной формы массой до 50-100 кг применяют метод последовательного намагничивания, заключающийся в следующем. На магниты одевают плоские катушки и полюса замыкают железными перемычками (рис. 61).
Катушки рассчитывают так, чтобы при включении тока магнит промагнитился в месте их расположения до насыщения. Включают ток, т. е. промагничивают участок под катушками. Ток выключают, катушки передвигают по магниту, включают ток, снова передвигают катушки и так до полного сближения катушек.
Приведенные примеры показывают, что каждый раз, исходя из конкретных условий задачи, надо продумывать вопрос о методе намагничивания и выборе конструкции намагничивающего устройства.
поднимающейся после его окончания, либо в виде неподвижной камеры с открывающейся дверью.
В установках диэлектрического нагрева экранированию подлежат пластины рабочего конденсатора и фидеры, подводящие к ним высокочастотную энергию. Экран может выполняться в виде металлической камеры, шкафа, короба и т.п.
Смотровые окна в экранирующих камерах и генераторных устройствах экранируются с помощью мелкоячеистой металлической сетки с плотным контактом по периметру окон.
Линии питания технологических элементов высокочастотной энергии должны быть выполнены коаксиальными кабелями или заключены в металлические экраны. Экраны комплектуются электроблокировкой, исключающей подачу высокочастотной энергии при открытии или снятии экрана.
3.5.4 Постоянные и переменные магнитные поля
Источники постоянных и переменных магнитных полей. Их влияние на организм человека
Магнитные поля (МП) могут быть постоянными, импульсными и переменными.
Источниками постоянного магнитного поля на производстве являются технологическое оборудование и процессы, в которых используются электромагниты постоянного тока, литые и металлокерамические магниты, а переменного магнитного поля промышленной частотой (50 Гц) – линии электропередач (ЛЭП), различные силовые установки, токоведущие части мощного технологического оборудования и линии электропитания.
Магнитные поля промышленной частоты возникают вокруг любых электроустановок и токопроводов. Чем больше ток в проводе, тем выше интенсивность магнитного поля.
Интенсивность магнитных полей характеризуется магнитной индукцией В , Тл (тесла), потоком магнитной индукцииФ , Вб (вебер) и напряженностью Н,А /м (ампер на метр).
Магнитная индукция характеризует направление действия магнитной силы и ее значение в данной точке поля. Магнитная индукция – это векторная величина, которая численно равна силе, с которой магнитное поле действует на проводник длиной в 1м с протекающим по нему током в 1А и определяется:
B = IF l,
где В – магнитная индукция, Тл;F – сила, действующая на проводник с током, Н;I – сила тока в проводнике, А;l – длина проводника, м.
Поток магнитной индукции – это физическая величина,
характеризующая количество магнитной индукции, воздействующее на
единицу площади поверхности. Поток магнитной индукции Ф определяется по формуле:
Ф = Scos α ,
где S – площадь поверхности, м2 ;α – угол между направлением действия магнитной индукции и нормалью к поверхности.
Напряженность постоянного и переменного магнитного поля – это физическая величина, характеризующая магнитное поле и определяемая по формуле:
H = B
μ a,
где μ a – абсолютная магнитная проницаемость, равнаяμ a = μ 0 μ , гдеμ 0 – магнитная постоянная (4 π 10 7 Гн /м );μ – магнитная проницаемость среды.
Соотношение между значением напряженности магнитного поля и магнитной индукцией следующее:
1мТл = 800А/м; 1А/м = 1,25 мкТл.
Негативное воздействие магнитных колебаний выражается в нарушении функции ЦНС, сердечно-сосудистой системы и других систем организма, что способствует снижению работоспособности, ухудшению психофизиологического состояния и угнетению общей активности.
В последнее время появляются публикации о возможном влиянии неинтенсивных магнитных полей на возникновение злокачественных заболеваний. В частности, ученые Швеции обнаружили у детей до 15 лет, проживающих около ЛЭП, что при магнитной индукции 0,2 мкТл они заболевают лейкемией в 2,7 раза чаще, чем в контрольной группе, удаленной от ЛЭП, и в 3,8 раза чаще, если индукция выше 0,3 мкТл, то есть при напряженности магнитного поля около 0,24 А/м.
Существует большое количество гипотез, объясняющих биологическое действие магнитных полей. В основном они сводятся к индуцированию токов в живых тканях и непосредственному влиянию поля на клеточном уровне.
Относительно безвредными для человека в течение длительного времени следует признать МП, имеющее порядок геомагнитного поля и его аномалий, т.е. напряженности МП не более 0,15-0,20 кА/м. При более высоких напряженностях МП начинает проявляться реакция на уровне организма. Характерной чертой этих реакций является длительная задержка относительно начала действия МП, а также ярко выраженный кумулятивный эффект при длительном действии МП. В частности, эксперименты, проведенные на людях, показали, что человек начинает ощущать МП, если оно действует не менее 3-7 с. Это ощущение сохраняется некоторое время (около 10 с.) и после окончания действия МП.
Нормирование и гигиеническая оценка магнитных полей
Нормируемыми параметрами магнитных полей являются напряженность поля и магнитная индукция, предельно допустимые значения, которых для
постоянного поля представлены в таблице 3.8, а для переменного – в таблицах 3.9 и 3.10.
Таблица3.8 Предельнодопустимыезначениянапряженностиимагнитнойиндукции
дляпостоянногомагнитногополя.
Область воздействия | ||||
воздействия | Локальное | |||
за рабочий | (конечности) | |||
день, час | Напряженность | Магнитная | Напряженность | Магнитная |
индукция, | индукция, |
|||
Способы и средства защиты от магнитных полей
При защите от магнитных полей применяются организационно– планировочные и технические способы и средства.
К работе с источниками магнитных полей (магнитными материалами, оборудованием) допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие предварительный и периодический осмотры не реже одного раза в год.
Источники магнитных полей, располагаемые в общих производственных помещениях должны выделяться в отдельные участки с разрывом от других на расстояние 1,5–2,0 м. Установки, являющиеся источниками магнитных полей, должны быть удалены друг от друга и других рабочих мест не менее чем на
Таблица3.9 Предельнодопустимыезначениямагнитнойиндукции(В ПД ) и
напряженности(Н ПД ) переменныхмагнитныхполейприимпульсном воздействии.
Длительность пауз между | Длительность пауз между |
|||||||
импульсами tn ≤ 2с | импульсами tn > 2c |
|||||||
Продолжительность | Длительность импульса | Длительность импульса τ u |
||||||
воздействия, час | ||||||||
0,02с≤ τ u ≤ 1,0с |
||||||||
τ u ≥ 0,02с | 1,0с≤ τ u ≤ 60с |
|||||||
Таблица3.10 Предельнодопустимыеуровнимагнитнойиндукции(В ПД ) инапряженности
(Н ПД ) переменногомагнитногополяпринепрерывномдействии.
Область воздействия | |||||
Продолжительность воздействия, час | |||||
Локальное (конечности) |
|||||
«Магнитомягкие» материалы (трансформаторное железо, кремниевая сталь и др.) должны располагаться на расстоянии не менее 1,0 м от установок– источников магнитного поля, так как они могут стать дополнительными источниками магнитного поля.
Намагниченные материалы должны храниться в специальных приспособлениях («Ярмах»), которые частично или полностью замыкают магнитные поля.
Для защиты от переменных магнитных полей могут использоваться экраны из ферромагнитных материалов различной конструкции.
3.5.5 Ультрафиолетовые излучения
Источники и биоэффекты ультрафиолетового излучения
Ультрафиолетовые излучения занимают спектральную область, лежащую между самыми длинными волнами рентгеновского излучения и самыми короткими волнами видимого спектра, то есть от 0,2 до 0,4 мкм.
В зависимости от биоэффектов, вызываемых ультрафиолетовым излучением, указанный диапазон разделяется на три основные части:
- длинноволновой (ближнее излучение) с длиной волны от 0,4 до 0,32
- средневолновой (эритемное излучение) с длиной волны от 0,32 до 0,28
Коротковолновой (бактерицидное излучение) с длиной волны менее
Мощнейшим естественным источником ультрафиолетового излучения
(УФИ) является солнечная радиация, которая, благодаря стратосферному озоновому слою на пути к Земле значительно ослабляется в диапазоне от 0,25 до 0,35 мкм. Определенное влияние на ослабление УФ-излучения оказывают также облака и загрязненность атмосферы пылегазовоздушными отходами производства.
Искусственными источниками УФ-излучения являются лампы накаливания, газоразрядные лампы и, особенно, сварочные аппараты, плазменные горелки и лазеры.
Ультрафиолетовое излучение характеризуется двояким действием на организм: с одной стороны, опасностью переоблучения, а с другой его необходимостью для нормального функционирования организма человека, поскольку УФ-лучи являются важным стимулятором некоторых биологических процессов, в том числе синтеза ряда биологически активных веществ (например, витамина Д).
Облучение людей УФ-лучами может вызвать у них эритенное и канцерогенное действие. Эритемное проявляется в покраснении и пигментации («загар») кожи (при λ≤0,32 мкм), а канцерогенное в накожных раковых заболеваниях (при λ=0,23-0,32 мкм). Пигментация кожи является нормальной фотохимической реакцией и не влечет за собой никаких осложнений. Она становится заметной у европейцев при величине УФ-излучения равным около
0,03 Дж см 2 .
Под воздействием УФ-излучения с длиной волны около 0,288 мкм могут наблюдаться фотоаллергические реакции, а облучение глаз значительными уровнями – воспаления коньюктивы (коньюктивит) и роговой оболочки (кератит).
Нормирование и оценка ультрафиолетового излучения. Способы и средства защиты
Так как ультрафиолетовое излучение вызывает двоякое действие на людей, то при нормировании допустимых значений учитывается, необходимость ограничения его при больших интенсивностях и обеспечение необходимых уровней для предотвращения ультрафиолетовой недостаточности.
Нормируемым параметром ультрафиолетового излучения является эритемная доза (ЭТД) в эр. По мощности один эр (λ=0,29 мкм) равен одному Вт.
Предельно допустимое значение эритемной дозы ЭТД ПД равно 600-
900 мкэр мин. см2
Для профилактики ультрафиолетовой недостаточности необходима
примерно десятая частьЭТД ПД , т.е. порядка 60-90 мкэр мин .
см2
Оценка бактерицидного действия УФ-излучения производится в бактах