Обозначение магнитная индукция: Магнитная индукция — урок. Физика, 9 класс.

Содержание

Магнитный поток. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость

Произведение магнитной индукции на величину площадки, перпендикулярной направлению поля, называется магнитным потоком через данную площадку.

Магнитный поток через площадку можно рассматривать как совокупность магнитных линий, пронизывающих всю площадку, расположенную перпендикулярно направлению магнитного поля.

Магнитный поток обозначается буквой Ф и вычисляется по формуле: Ф = B * S, где В — магнитная индукция; S — площадь площадки.

В качестве единицы магнитного потока принят вебер (обозначение вб).

Магнитную индукцию можно представить произведением двух сомножителей, один из которых μ — магнитная проницаемость, зависит от физических свойств тела, а второй H — напряженность магнитного поля от величины и расположения электрических токов, создающих это поле, B = μ * H.

Количественная связь между электрическим током и напряженностью окружающего его магнитного поля определяется законом полного тока.

Рассмотрим магнитное поле, образованное кольцевой катушкой, имеющей w витков, равномерно распределенных по всей длине сердечника (рис. 1).

Проведем замкнутый контур, совпадающий с магнитной линией в сердечнике. Поверхность, ограниченная этим контуром, пронизывается w витками. В каждом витке течет ток, равный I.

Полный ток, пронизывающий контур, равен произведению силы тока на число витков.
Вследствие осевой симметрии катушки напряженность поля во всех точках контура имеет одинаковое значение.

В этом случае закон полного тока выражается следующими соотношениями:

где l — длина всего замкнутого контура.

Произведение напряженности магнитного поля на всю длину замкнутого контура, совпадающего с магнитной линией, равно полному току, пронизывающему контур.

Напряженность магнитного поля измеряется в амперах на метр (обозначение а/м).

Закон полного тока лежит в основе расчетов магнитных цепей электрических машин.

Магнитная проницаемость определяется формулой:

Тела, у которых μ меньше единицы (например, медь), называются диамагнитными.

Тела, у которых μ больше единицы (например, воздух), называются парамагнитными.

Магнитная проницаемость диамагнитных и парамагнитных веществ очень близка к единице.
Особую группу составляют так называемые ферромагнитные вещества. Основными ее представителями являются железо, никель, кобальт и их сплавы.

Магнитная проницаемость ферромагнитных тел очень велика, поэтому все электромагниты снабжаются сердечниками из ферромагнитных материалов. При незначительном токе в обмотках в таких сердечниках возникают весьма большие магнитные потоки.

Рис. 1

Рис. 2

Характерным признаком ферромагнитных тел является зависимость их магнитной проницаемости от магнитной индукции и от предыдущих магнитных состояний тела.

Таким образом, магнитная проницаемость ферромагнитных тел является величиной непостоянной и изменяется в зависимости от магнитной индукции.

Следовательно, в формуле B = μ * H одновременно с Н изменяется В и μ. Поэтому для того, чтобы характеризовать магнитные свойства ферромагнитных тел, выражают зависимость между В и H графически в виде кривой. На представленном графике (рис. 2) по горизонтальной оси, называемой осью абсцисс, отложены значения напряженности поля в стали, а по вертикальной, называемой осью ординат, — соответствующие величины магнитной индукции в той же стали. Такую кривую называют кривой намагничивания.
Кривые намагничивания стали (железа) впервые были определены в 1871 г. знаменитым русским физиком А. Г. Столетовым.

При рассмотрении кривых намагничивания стали можно установить, что с увеличением напряженности магнитного поля H магнитная индукция В в железе вначале сильно возрастает, а затем приближается к максимальному значению и при дальнейшем увеличении H увеличивается незначительно, или, как говорят, достигает насыщения.

Большое значение для практических целей имеет построение графической зависимости В от H при так называемом циклическом намагничивании железа, т. е. при изменении величины H от нуля до некоторого максимального значения и уменьшении H до нуля, затем изменении направления H и увеличении H до максимального значения, уменьшении H до нуля и увеличении H до максимального значения в первом направлении и т. д. (см. рис. 2).

Полученная замкнутая кривая АСА1С1А называется гистерезисной петлей. Гистерезисом называют отставание В от H в процессе намагничивания и размагничивания.

Теоретически доказано, что площадь, охватываемая гистерезисной петлей, пропорциональна электрической энергии, расходуемой на нагревание железа при его перемагничивании за один цикл. Потери энергии в электрических машинах и аппаратах, связанные с перемагничиванием, называются потерями на гистерезис.

Каждый сорт стали имеет свои кривые намагничивания, определяющие его магнитные свойства.

Определим величину магнитного потока Ф в кольцевой катушке (длина магнитопровода которой равна l, сечение магнитопровода S, магнитная проницаемость его материала μ), имеющей w витков, при прохождении по ней тока l.

⇓ДОБАВИТЬ В ЗАКЛАДКИ⇓

⇒ВНИМАНИЕ⇐

  • Материал на блоге⇒ Весь материал предоставляется исключительно в ознакомительных целях! При распространении материала используйте пожалуйста ссылку на наш блог!
  • Ошибки⇒ Если вы обнаружили ошибки в статье, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье. Мы будем очень признательны!
  • Файлообменники⇒ Если Вам не удалось скачать материал по причине нерабочих ссылок или отсутствующих файлов на файлообменниках, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье.
  • Правообладателям⇒ Администрация блога отрицательно относится к нарушению авторских прав на www.electroengineer.ru. Поэтому, если Вы являетесь правообладателем исключительных прав на любой материал, предоставленный на ресурсе, то сообщите нам через контакты и мы моментально примем все действия для удаления Вашего материала.

⇓ОБСУДИТЬ СТАТЬЮ⇓

формула, от чего зависит, линии индукции

 

Все мы знаем, что есть магниты более сильные и менее сильные. Маленький магнитик сможет притянуть пару гвоздей и все, а гораздо более мощный электромагнит домофона удерживает дверь в подъезд так, что несколько взрослых мужчин не смогут открыть ее силой.

Величина, характеризующая величину силы магнита

То есть, мы можем говорить о некой величине, характеризующей величину силы магнитов, а точнее, магнитного поля, создаваемого ими. Магнитное поле характеризуется векторной величиной, которая носит название индукции магнитного поля или магнитной индукции. (см. подробнее электромагнитная индукция)

Обозначается индукция буквой B. Магнитная индукция это не сила, действующая на проводники, это величина, которая находится через данную силу по следующей формуле:

B=F / (I*l)

Или в виде определения:

Модуль вектора магнитной индукции B равен отношению модуля силы F, с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к силе тока в проводнике I и длине проводника l.

От чего зависит магнитная индукция

Магнитная индукция не зависит ни от силы тока, ни от длины проводника, она зависит только от магнитного поля. То есть, если мы, например, уменьшим силу тока в проводнике, не меняя больше ничего, то уменьшится не индукция, с которой сила тока связана прямо пропорционально, а сила воздействия магнитного поля на проводник. Величина же индукции останется постоянной. В связи с этим индукцию можно считать количественной характеристикой магнитного поля.

Измеряется магнитная индукция в теслах (1 Тл). При этом 1 Тл=1 Н/(А*м) .

Линии индукции магнитного поля

Магнитная индукция имеет направление. Графически ее можно зарисовывать в виде линий. Линии индукции магнитного поля это и есть то, что мы до сих пор в более ранних темах называли магнитными линиями или линиями магнитного поля. Так как мы выше вывели определение магнитной индукции, то мы можем дать определение и линиям магнитной индукции:

Линии магнитной индукции это линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора магнитной индукции.

В однородном магнитном поле линии магнитной индукции параллельны, и вектор магнитной индукции будет направлен так же во всех точках.

В случае неоднородного магнитного поля, например, поля вокруг проводника с током, вектор магнитной индукции будет меняться в каждой точке пространства вокруг проводника, а касательные к этому вектору создадут концентрические окружности вокруг проводника. Так и будут выглядеть линии индукции магнитного поля расширяющиеся окружности вокруг проводника.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspМагнитный поток: определение, направление и количество + пример

Магнитная индукция, единицы измерения — Справочник химика 21





    В системе МКС напряженность магнитного поля В (в литературе по физике обычно называемая магнитной индукцией) традиционно выражалась в Н/(А-м) или в Вб/м . В последние годы единица Вб/м была переименована в теслу (Тл). В гауссовой системе (системе СГС) единицей магнитной индукции является гаусс (Гс). В литературе по гео- и биомагнетизму часто встречается единица, называемая эрстед (Э) и представляющая собой единицу измерения напряженности магнитного поля в системе СГС (ее не следует путать с горизонтальной составляющей Я геомагнитного поля), которая в системе МКС эквивалентна А/м. Однако для всех практических приложений эрстед и гаусс численно равны. При измерениях очень слабых магнитных полей используются нанотесла (нТл) в системе МКС и гамма (у) в СГС. Эти единицы магнитной индукции связаны между собой следующими соотно- [c.70]








    Единица измерения магнитной индукции — тесла [c.329]

    Электрический ток, проходя по катушке, создает магнитное поле. Величина его характеризуется силой, с которой поле воздействует на другое магнитное поле (например, на проводник длиной 1 м, по которому проходит ток силой 1 А). Численную величину этой силы принято условно обозначать количеством магнитных силовых линий, проходящих через площадь сечения катушки и называемую потоком магнитной индукции, или магнитным потоком (обозначается Ф, единица измерения — Вебер). Магнитный поток, проходящий через единицу поверхности (плотность потока), называется магнитной индук- [c.101]

    Др. важные параметры М.м. I. Остаточная намагниченность М, [или остаточная магн. индукция единица измерения — тесла (Тл)] количественно оценивается величиной намагниченности, сохраняющейся в образце после того, как он был намагничен внеш. магн. полем до насьпцения, а затем напряженность поля сведена до нуля. Величина М, (Д,) существенно зависит от формы образца, его кристаллич. структуры, т-ры, мех. воздействий (удары, сотрясения и т.п.) и др. факторов. 2. Коэрцитивная сила Н измеряется в А/м количественно определяется как напряженность поля, необходимая для изменения намагниченности тела от значения М, до нуля. Зависит от магнитной, кристаллографич. и др. видов анизотропии в-ва, наличия дефектов, способа изготовления образца и его обработки, а также внеш. условий, напр. т-ры. 3. Относит, магн. проницаемость ц характеризует изменение магн. индукции В среды при воздействии поля Я связана с магнитной восприимчивостью % соотношением ц = 1 -Н X (в СИ). В ферромагнетиках и ферритах ц сложным образом зависит от Я для описания этой зависимости вводят понятия дифференциальной (Цд ), начальной (ц ) и максимальной (Цмакс) проницаемостей. 4. Макс. уд. магн. энергия (в Дж/м ) или пропорциональная ей величина (ВН) , на участке размагничивания петли гистерезиса. 5. Намагниченность насыщения М, (или магн. индукция насыщения В ). 6. Кюри точка 7. Уд. электрич. сопротивление р (в Ом м). В ряде случаев существенны и др. параметры, напр температурные коэф. остаточной индукции и коэрцитивной силы, характеристики временной стабильности осн. параметров. [c.624]








    При этом сила направлена перпендикулярно плоскости, в которой находятся проводник и вектор индукции, в соответствии с известным из физики правилом левой руки (если расположить левую руку так, чтобы магнитное поле входило в ладонь, а пальцы направить вдоль направления тока, то отогнутый большой палец укажет направление силы). Единица измерения магнитной индукции в системе единиц СИ — тесла (Тл). [c.87]

    В СИ единицей измерения напряженности магнитного поля служит А/м, а магнитная индукция измеряется в В-с/м и единица ее называется тесла (Т).[c.52]

    Эту величину называют магнитной индукцией. Единицей ее измерения в системе СИ является Тесла (Тл= ), в системе GS — Гаусс (Гс). [c.255]

    Единица измерения магнитного потока в системе СИ — Вебер (Вб=В с). В соответствии с выражением (7.2″) магнитную индукцию В часто называют плотностью магнитного потока. [c.255]

    Автор выражается неточно. В гауссах измеряется не напряженность поля Я, а индукция В=(хЯ ( а—магнитная проницаемость), которая в вакууме, т. е. при -=1, численно равна Я. Единицей же измерения напряженности магнитного поля служит эрстед. Прим. перев.) [c.582]

    Индукция магнитного поля измеряется в единицах тесла (Т) либо в соответствии с соотношением V = уВ пересчитывается в единицы частоты и измеряется в герцах. (Ее численное значение не имеет ничего обшего с частотой радиоизлучения, накладываемого на образец во время измерения.) В качестве эталонного вещества почти во всех случаях используется тетра-метилсилаи (ТМС) условно ему приписывается нулевой химический сдвиг. Если сигнал протона в исследуемом веществе обнаруживается при более низком значении В, сдвиг б считается [c.359]


Электромагнитная индукция. Правило Ленца

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в результате изменения во времени магнитного потока, который пронизывает замкнутый проводящий контур, в контуре возникает электрический ток. Открыто это явление было физиком из Великобритании Максом Фарадеем в 1831 году.

Формула магнитного потока

Введем обозначения, необходимые нам для записи формулы. Для обозначения магнитного потока используем букву Ф, площади контура – S, модуля вектора магнитной индукции – B, α – это угол между вектором B→ и нормалью n→ к плоскости контура.

Магнитный поток, который проходит через площадь замкнутого проводящего контура, можно задать следующей формулой:

Φ=B·S·cos α,

Проиллюстрируем формулу.

Рисунок 1. 20.1. Магнитный поток через замкнутый контур. Направление нормали n→ и выбранное положительное направление l→ обхода контура связаны правилом правого буравчика.

За единицу магнитного потока в СИ принят 1 вебер (Вб). Магнитный поток, равный 1 Вб, может быть создан в плоском контуре площадью 1 м2 под воздействием магнитного поля с индукцией 1 Тл, которое пронизывает контур по направлению нормали.

1 Вб=1 Тл·м2

Закон Фарадея

Изменение магнитного потока приводит к тому, что в проводящем контуре возникает ЭДС индукции δинд. Она равна скорости, с которой происходит изменение магнитного потока через ограниченную контуром поверхность, взятой со знаком минус. Впервые экспериментально установил это Макс Фарадей. Он же записал свое наблюдение в виде формулы ЭДС индукции, которая теперь носит название Закона Фарадея:

Определение 1

Закон Фарадея:

δинд=-∆Φ∆t

Правило Ленца

Определение 2

Согласно результатам опытов, индукционный ток, который возникает в замкнутом контуре в результате изменения магнитного потока, всегда направлен определенным образом. Создаваемое индукционным током магнитное поле препятствует изменению вызвавшего этот индукционный ток магнитного потока. Ленц сформулировал это правило в 1833 году.

Проиллюстрируем правило Ленца рисунком, на котором изображен неподвижный замкнутый проводящий контур, помещенный в однородное магнитное поле. Модуль индукции увеличивается во времени. 

Пример 1

Рисунок 1.20.2. Правило Ленца

Здесь ∆Φ∆t>0, а δинд<0 < 0. Индукционный ток Iинд протекает навстречу выбранному положительному направлению l→ обхода контура.

Благодаря правилу Ленца мы можем обосновать тот факт, что в формуле электромагнитной индукции δинд и ∆Φ∆t противоположны по знакам.

Если задуматься о физическом смысле правила Ленца, то это частный случай Закона сохранения энергии.

Слишком сложно?

Не парься, мы поможем разобраться и подарим скидку 10% на любую работу

Опиши задание

Причины возникновения индукционного тока в движущихся и неподвижных проводниках

Причин, по которым может происходить изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, две:

  1. Изменение магнитного потока вследствие перемещения всего контура или отдельных его частей в магнитном поле, которое не изменяется со временем;
  2. Изменение магнитного поля при неподвижном контуре.

Перейдем к рассмотрению этих случаев подробнее.

Перемещение контура или его частей в неизменном магнитном поле

При движении проводников и свободных носителей заряда в магнитном поле возникает ЭДС индукции. Объяснить возникновение δинд можно действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца здесь – это сторонняя сила.

Пример 2

На рисунке мы изобразили пример индукции, когда прямоугольный контур помещен в однородное магнитное поле B→ направленное перпендикулярно плоскости контура. Одна из сторон контура перемещается по двум другим сторонам с некоторой скоростью.

Рисунок 1.20.3. Возникновение ЭДС индукции в движущемся проводнике. Отражена составляющая силы Лоренца, которая действует на свободный электрон

На свободные заряды подвижной части контура воздействует сила Лоренца. Основная составляющая силы Лоренца в данном случае направлена вдоль проводника и связана с переносной скоростью зарядов υ→. Модуль этой сторонней силы равен:

FЛ=eυ→B.

Работа силы FЛ на пути l равна:

A=FЛ·l=eυBl.

По определению ЭДС: 

δинд=Ae=υBl.

Значение сторонней силы для неподвижных частей контура равно нулю. Для соотношения δинд можно записать другой вариант формулы. Площадь контура с течением времени изменяется на ΔS=lυΔt. Соответственно, магнитный поток тоже будет с течением времени изменяться: ΔΦ=BlυΔt.

Следовательно, 

δинд=∆Φ∆t.

Знаки в формуле, которая связывает δинд и ∆Φ∆t, можно установить в зависимости от того, какие направления нормали и направления контура будут выбраны. В случае выбора согласованных между собой по правилу правого буравчика направлений нормали n→ и положительного направления обхода контура l→ можно прийти к формуле Фарадея.

При условии, что сопротивление всей цепи – это R, то по ней будет протекать индукционный ток, который равен Iинд=δиндR. За время Δt на сопротивлении R выделится джоулево тепло:

∆Q=RIинд2∆t=υ2B2l2R∆t

Парадокса здесь нет. Мы просто не учли воздействие на систему еще одной силы. Объяснение заключается в том, что при протекании индукционного тока по проводнику, расположенному в магнитном поле, на свободные заряды действует еще одна составляющая силы Лоренца, которая связана с относительной скоростью движения зарядов вдоль проводника. Благодаря этой составляющей появляется сила Ампера FА→.

Для рассмотренного выше примера модуль силы Ампера равен FA =IBl. Направление силы Ампера таково, что она совершает отрицательную механическую работу Aмех. Вычислить эту механическую работу за определенный период времени можно по формуле:

Aмех=-Fυ∆t=-IBlυ∆t=-υ2B2l2R∆t

Проводник, перемещающийся в магнитном поле, испытывает магнитное торможение. Это приводит к тому, что полная работа силы Лоренца равна нулю. Джоулево тепло может выделяться либо за счет уменьшения кинетической энергии движущегося проводника, либо за счет энергии, которая поддерживает скорость перемещения проводника в пространстве.

Изменение магнитного поля при неподвижном контуре

Определение 3

Вихревое электрическое поле – это электрическое поле, которое вызывается изменяющимся магнитным полем.

В отличие от потенциального электрического поля работа вихревого электрического поля при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому проводящему контуру равна δинд в неподвижном проводнике.

В неподвижном проводнике электроны могут приводиться в движение только под действием электрического поля. А возникновение δинд нельзя объяснить действием силы Лоренца.

Первым, кто ввел понятие вихревого электрического поля, был английский физик Джон Максвелл. Случилось это в 1861 году.

Фактически, явления индукции в подвижных и неподвижных проводниках протекают одинаково. Так что в этом случае мы тоже можем использовать формулу Фарадея. Отличия касаются физической причины возникновения индукционного тока: в движущихся проводниках δинд обусловлена силой Лоренца, в неподвижных – действием на свободные заряды вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля.

Рисунок 1.20.4. Модель электромагнитной индукции

Рисунок 1. 20.5. Модель опытов Фарадея

Рисунок 1.20.6. Модель генератора переменного тока

Магнитная индукция и магнитные поток

Напряженность
магнитного поля не является основной
величиной, характеризующей магнитное
поле, хотя определение напряжённости
действительно для расчёта катушек без
магнитопровода.

Для катушки с
магнитопроводом основной величиной
характеризующей магнитное поле, является
магнитная индукция В. Это векторная
величина, т.е. она (как и напряженность)
задаётся численным значением и
направлением в пространстве. Магнитная
индукция определяется по силе, действующей
на движущуюся заряженную частицу. При
изображении картины магнитного поля
при помощи магнитных линий, их рисуют
гуще в той части поля, где больше индукция.

Единицей измерения
магнитной индукции является тесла (Тл).
Ранее применялась другая единица
измерения магнитной индукции – гаусс
(Гс).

Эти единицы связаны
соотношением: 1Тл = 10000Гс.

Произведение
магнитной индукции В на площадь S,
перпендикулярную вектору магнитной
индукции (магнитным линиям), называется
магнитным потоком Ф. Таким образом
магнитный поток:

Ф = B*S

Единицей измерения
магнитного потока является вебер
(Вб). При одной и той же напряжённости
магнитного поля Н, в разных материалах
получаются различные магнитные индукции
В. Отношение В/Н называется абсолютной
магнитной проницаемостью материала
μа,
т.е.

Абсолютная магнитная
проницаемость материала μа
равна произведению магнитной постоянной
(магнитной проницаемости вакуума) μ0
и относительной магнитной проницаемости
μr:

раоорропор

Магнитная
постоянная

Гн/м
(генри на метр, генри единица измерения
индуктивности).

Величина μrпоказывает,
во сколько раз μа
материала больше, чем магнитная постоянная
μ0.

В материале,
магнитная проницаемость которого равна
μr,

а в вакууме
(практически и в воздухе)

где В выражается
в теслах, а Н в А/м.

При измерении
магнитной индукции в гауссах, а
напряжённости магнитного поля в А/см,
для магнитной индукции в воздухе получим:

У ферромагнитных
материалов относительная магнитная
проницаемость μr
во много раз больше 1, она изменяется с
изменением индукции В. Зависимость
между В и Н для ферромагнитных материалов
чаще изображается графиком в виде кривых
намагничивания.

В практических
задачах (магнитные цепи электрических
машин и аппаратов) для расчёта силы
тяги, ЭДС, силы притяжения и т.д. требуется
определить магнитный поток Ф или индукцию
В. Значение этих величин определяют по
кривым намагничивания, если известна
напряженность магнитного поля Н, которая,
в свою очередь, задаётся магнитным
напряжением или МДС.

Величина

Обозначение

Единица
величины

Обозначение
единицы

Расчётная
формула

Напряженность
магнитного поля

а. в магнитном
материале

Н

Ампер на метр

А/м

Н=Iw/l

б. в вакууме (воздухе)

Магнитная сила

F

Ампер

F=wI

Магнитная индукция

В

Тесла

(Вебер на 1 м2)

Тл

(Вб/м2)

Магнитный поток

Ф

Вебер

Вб

Ф = ВS

Абсолютная магнитная
проницаемость

Генри на метр

Гн/м

Задача 1.

Напряжённость
магнитного поля катушки

H
= 500 А/м. Какова будет магнитная индукция,
если в катушку вставить магнитопровод
из трансформаторной стали (на рис.),
относительная магнитная проницаемость
которой μr= 2400.

Решение

B
= μа
= μоr
= 4*π*10-7*2400*500
= 1.5 Тл

Задача 2.

Для трансформаторной
стали, содержащей 4% Si,
магнитная индукция В при напряжённости
магнитного поля катушки 500 А/м равна
1.19 Тл (см. кривые намагничивания на
рис.). Определить абсолютную магнитную
проницаемость трансформаторной стали
в рабочей точке μа
и относительную магнитную проницаемость
μr.
Напомним, что величина μr
показывает во сколько раз μа
материала больше, чем магнитная
проницаемость

μо
= 4*π*10-7.

Решение

Абсолютная магнитная
проницаемость

μа
= В/Н = 1.19/500

μа
= μrо
= 4*π*10-7r.

Отсюда

μr
= μао
= В/Н =1.19/(500*4*π*10-7)
= 1893.9

Задача 3.

По заданным
экспериментальным зависимостям В и Н
для различных материалов определить
коэффициенты полиномов второго порядка,
наилучшим способом (по минимуму суммы
квадратов ошибок) обеспечивающих
аналитическое их описание (математическую
модель).

Листовая сталь

Н
(А/м)

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

В
(Тл)

0. 60

0.75

0.86

0.96

1.05

1.12

1.19

1.23

1.30

1.36

Трансформаторная
сталь (4% Si)

Н
(А/м)

100

200

300

400

500

600

В
(Тл)

0.48

0. 78

0.96

1.08

1.19

1.27

Литая сталь

Н
(А/м)

100

200

300

400

500

600

В
(Тл)

0.35

0.60

0.85

1.00

1.10

1.16

Решение

Для оценки
коэффициентов полинома

В = a*Н2
+ b*Н
+ С

Запишем вектор

Н =
[100 150 200 250 300 350 400 450 500 550]’. 2
Н ones(V(1),1)]

И образуем вектор
В:

B = [0.6
0.75 0.86 0.96 1.05 1.12 1.19 1.23 1.3 1.36]’.

Выполним оценку
коэффициентов

а х = А\В

С помощью файла
sah575.m.
В нём выполнены оценки коэффициентов
квадратного полинома для листовой стали

а1 = [-0.0206 0.2952 0.3429],

для трансформаторной
стали

а2 = [-0.0246 0.3239 0.2000]

и для листовой
стали

а3 = [-0.0277 0.2566 0.0150].

Необходимо выполнить
расчёты для каждого вида материала в
режиме прямых вычислений.

/здесь приводится
файл sah
375.m/

Задача 4.

Каков будет
магнитный поток Ф в магнитопроводе (см.
задачу 1.), если сечение магнитопровода
S
= 4 см²?

Решение

Магнитный поток,
измеряемый в веберах (Вб), равен

Ф = В*S
= 1.5*4*10-4
= 0.0006 Вб

(Тл = Вб/м²)

Задача 5.

Число витков
катушки w=500.
В магнитопроводе из трансформаторной
стали длиной l=25
см
необходимо
обеспечить магнитную индукцию В=1.19
Тл.
Какая
м.д.с. и ток необходим для этого?

Решение

По кривой
намагничивания трансформаторной стали
(см. рис.) находим, что для создания В =
1.19 Тл требуется создать напряжённость
магнитного поля Н = 500 А/м. При длине
магнитопровода (с катушкой) l
= 25 см = 0.25 м необходимая м.д.с. вычисляется
по формуле

I*w
= H*l
= 500 А/м * 0.25 м = 125 А,

Отсюда
I = I*w/w = 125/500 = 0.25 А

Задача 6.

Каковы напряжённость,
индукция и магнитный поток внутри
цилиндрической катушки (рис.) которая
имеет длину 20 см, диаметр 3см, число
витков 1600 и ток 3 А?

Решение

Напряжённость
магнитного поля

Н = I*w/l
= 3*1600/0.2 = 24000 А/м

Поскольку катушка
без сердечника, то магнитную индукцию
следует вычислять по формуле:

В = μо
= 4*π*10-7*2. 4*104
= 3.02*10-2
Тл

Сечение катушки

S
= π*d2/4
= 3.14*0.032/4
= 7.06*10-4
м².

Следовательно,
магнитный поток

Ф = В*S
= 3.02*10-2*7.06*10-4
= 21.3*10-6
Вб

Дополнение

Задача 1

Какое количество
электричества пройдёт через лампу за
3 часа при токе 0,18А?

Решение:

Задача 2

Свинцовый аккумулятор
ёмкостью 14А*ч заряжается током I
зар = 1.4А. Как долго он должен заряжаться
и через сколько времени он разрядится
через лампы током Iраз
= 0.3А?

Решение:

Зарядка: t
= Q/Iзар
= 14А*ч/1.4А = 10ч,

т.е. аккумулятор
должен заряжаться 10ч

Разрядка: t
= Q/Iраз
= 14А*ч/0.3А = 47ч,

т.е. лампы горели
47ч. Через лампы прошёл ток 14А*ч, пока
аккумулятор не разрядился.

Задача 3

Заряженный
аккумулятор имеет ёмкость 28А*ч. 1) Какое
количество электричества в кулонах
содержит аккумулятор? 2) Какой ток
необходим для зарядки аккумулятора за
10ч. Каким током разрядится он за 140ч.?

Решение.

  1. 1А*ч = 360 А*с = 3600Кл

28А*ч = 28*3600Кл = 100800
Кл.

  1. Iзар
    = Q/t
    = 28А*ч/10ч = 2.8А, т.е. аккумулятор зарядится
    за 10часов током 2.8А

  2. Iраз
    = Q/t
    = 28А*ч/140ч = 0.2А.

Задача 4

Сколько ампер-часов
содержтся в 96480 кулонах (заряд Фарадея)?

1А*ч = 3600А*с = 3600Кл;

96480/3600 = 26.8 А*ч, т.е.
96489 Кл. эквивалентен 26,8 А*ч

Задачи для
самостоятельного решения:

  1. Какой электрический
    заряд нужен от гальванического элемента,
    если он разряжается током 0,05А в течении
    12ч. ? (0,6 А*ч)

  2. Через электродвигатель
    при токе I
    проходит количество электричества Q
    = 7500А*с за время t
    = 5мин/ Чему равен ток? (30мА)

  3. Какой ток протекал
    по проводнику, если через его поперечное
    сечение за 30мин прошел заряд 54А*с? (30мА)

  4. Через аппарат
    проходит ток I
    = 20мА в течение 9мин. Определить количество
    электричества, которое прошло через
    аппарат?

  5. Аккумулятор
    ёмкостью 10А*ч заряжается током 4А. Как
    долго должен заряжаться? (10ч)

Задача 1.

Через медный
проводник с площадью поперечного сечения
S
= 4 мм²

протекает ток
I=10А.
Какова плотность тока?

Решение:

Плотность тока

J
= I/S
= 10A/4мм²
= 2.5 A/мм²

По площади 1 мм²
поперечного сечения протекает ток I
= 2.5A;

По всему поперечному
сечению S
проходит общий ток I
= 10А.

По таблице проверить,
допустима ли плотность тока 2.5 А/мм²?

Задача 2.

По шине разделительного
устройства площадью прямоугольного
поперечного сечения (20х80)мм проходит
ток I
= 1000A.
Какова плотность тока в шине?

Решение

Площадь поперечного
сечения шины S
= 20х80 = 1600 мм². Плотность тока

J
= I/S
= 1000A/1600
мм² = 0.625A/мм²

Задача 3.

У катушки провод
имеет круглое сечение диаметром 0,8мм и
допускает плотность тока 2,5А/мм². Какой
допустимый ток может проходить по
проводу (нагрев не должен превышать
допустимый)?

Решение:

Площадь поперечного
сечения провода:

Допустимый
ток:

Задача 4.

Допустимая плотность
тока для обмотки трансформатора J
= 2.5 А/мм²

Через обмотку
проходит ток I
= 4A.
Каким должно быть поперечное сечение
круглого проводника, чтобы обмотка не
перегревалась?

Решение:

Площадь поперечного
сечения

S=I/J=

Этому сечению
соответствует диаметр провода 1. 42мм.

Задача 5.

По изолированному
медному проводу сечением 4 мм² проходит
максимально допустимый ток 38А (см
таблицу). Какая допустимая плотность
тока? Чему равны допустимые плотности
токов для медных проводов с площадями
поперечного сечения 1, 10, 16 мм²?

Решение.

  1. Допустимая
    плотность тока

  1. Для сечения 1 мм²
    допустимая плотность тока (см табл)

  1. Для сечения 10 мм²
    допустимая плотность тока

  1. Для сечения 16 мм²
    допустимая плотность тока

Допустимая плотность
тока с увеличением сечения кабеля тоже
действительна для проводов с изоляцией
класса В.

Задачи для
самостоятельного решения.

  1. Через обмотку
    трансформатора должен протекать ток
    I
    = 4A.
    Каким должно быть сечение обмоточного
    провода при допустимой плотности тока
    J
    = 2.5 А/мм² (S
    = 1.6 мм²)

  1. По проводу диаметром
    0,3 мм проходит ток 100А. Какова плотность
    тока (J
    = 1.415 А/мм²)

  1. По обмотке
    электромагнита из медного изолированного
    провода диаметром d
    = 2.26мм (без учёта изоляции) проходит ток
    10А. Какова плотность тока? (J=
    2.5 А/мм²)

Магнитная индукция в вакууме | HomeElectronics

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассказал о магнитном поле и немного остановился на его параметрах. Данная статья продолжает тему магнитного поля и посвящена такому параметру как магнитная индукция. Для упрощения темы я буду рассказывать о магнитном поле в вакууме, так как различные вещества имеют разные магнитные свойства, и как следствие необходимо учитывать их свойства.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Закон Био – Савара – Лапласа

В результате исследования магнитных полей создаваемых электрическим током, исследователи пришли к таким выводам:

  • магнитная индукция, создаваемая электрическим током пропорциональна силе тока;
  • магнитная индукция имеет зависимость от формы и размеров проводника, по которому протекает электрический ток;
  • магнитная индукция в любой точке магнитного поля зависит от расположения данной точки по отношению к проводнику с током.

Французские учёные Био и Савар, которые пришли к таким выводам обратились к великому математику П. Лапласу для обобщения и вывода основного закона магнитной индукции. Он высказал гипотезу, что индукция в любой точке магнитного поля, создаваемое проводником с током можно представить в виде суммы магнитных индукций элементарных магнитных полей, которые создаются элементарным участком проводника с током. Данная гипотеза и стала законом магнитной индукции, называемого законом Био – Савара – Лапласа. Для рассмотрения данного закона изобразим проводник с током и создаваемую им магнитную индукцию

Магнитная индукция dB, создаваемая элементарным участком проводника dl.

Тогда магнитная индукция dB элементарного магнитного поля, которое создается участком проводника dl, с током I в произвольной точке Р будет определяться следующим выражением

где I – сила тока, протекающая по проводнику,

r – радиус-вектор, проведённый от элемента проводника к точке магнитного поля,

dl – минимальный элемент проводника, который создает индукцию dB,

k – коэффициент пропорциональности, зависящий от системы отсчёта, в СИ k = μ0/(4π)

Так как [dl r] является векторным произведением, тогда итоговое выражение для элементарной магнитной индукции будет выглядеть следующим образом

Таким образом, данное выражение позволяет найти магнитную индукцию магнитного поля, которое создается проводником с током произвольной формы и размеров при помощи интегрирования правой части выражения

где символ l обозначает, что интегрирование происходит по всей длине проводника.

Магнитная индукция прямолинейного проводника

Как известно простейшее магнитное поле создает прямолинейный проводник, по которому протекает электрический ток. Как я уже говорил в предыдущей статье, силовые линии данного магнитного поля представляют собой концентрические окружности расположенные вокруг проводника.

Магнитная индукция магнитного поля создаваемого прямолинейным проводником с током.

Для определения магнитной индукции В прямого провода в точке Р введем некоторые обозначения. Так как точка Р находится на расстоянии b от провода, то расстояние от любой точки провода до точки Р определяется как r = b/sinα. Тогда наименьшую длину проводника dl можно вычислить из следующего выражения

В итоге закон Био – Савара – Лапласа для прямолинейного провода бесконечной длины будет иметь вид

где I – ток, протекающий по проводу,

b – расстояние от центра провода до точки, в которой рассчитывается магнитная индукция.

Теперь просто проинтегрируем получившееся выражение по в пределах от 0 до π.

Таким образом, итоговое выражение для магнитной индукции прямолинейного провода бесконечной длины будет иметь вид

где μ0  – магнитная постоянная, μ0 = 4π•10-7 Гн/м,

I – ток, протекающий по проводу,

b – расстояние от центра проводника до точки, в которой измеряется индукция.

Магнитная индукция кольца

Индукция прямого провода имеет небольшое значение и уменьшается при удалении от проводника, поэтому в практических устройствах практически не применяется. Наиболее широко используются магнитные поля созданные проводом, намотанным на какой либо каркас. Поэтому такие поля называются магнитными полями кругового тока. Простейшим таким магнитным поле обладает электрический ток, протекающий по проводнику, который имеет форму окружности радиуса R.

В данном случае практический интерес представляет два случая: магнитное поле в центре окружности и магнитное поле в точке Р, которое лежит на оси окружности. Рассмотрим первый случай.

Магнитная индукция в центре кругового тока.

В данном случае каждый элемент тока dl создаёт в центре окружности элементарную магнитную индукцию dB, которая перпендикулярна к плоскости контура, тогда закон Био-Савара-Лапласа будет иметь вид

Остается только проинтегрировать полученное выражение по всей длине окружности

где μ0  – магнитная постоянная, μ0 = 4π•10-7 Гн/м,

I – сила тока в проводнике,

R – радиус окружности, в которое свернут проводник.

Рассмотрим второй случай, когда точка, в которой вычисляется магнитная индукция, лежит на прямой х, которая перпендикулярна плоскости ограниченной круговым током.

Магнитная индукция в точке, лежащей на оси окружности.

В данном случае индукция в точке Р будет представлять собой сумму элементарных индукций dBX, которые в свою очередь представляет собой проекцию на ось х элементарной индукции dB

Применив закон Био-Савара-Лапласа вычислим величину магнитной индукции

Теперь проинтегрируем данное выражение по всей длине окружности

где μ0 – магнитная постоянная, μ0 = 4π•10-7 Гн/м,

I – сила тока в проводнике,

R – радиус окружности, в которое свернут проводник,

х – расстояние от точки, в которой вычисляется магнитная индукция, до центра окружности.

Как видно из формулы при х = 0, получившееся выражение переходит в формулу для магнитной индукции в центре кругового тока.

Циркуляция вектора магнитной индукции

Для расчёта магнитной индукции простых магнитных полей достаточно закона Био-Савара-Лапласа. Однако при более сложных магнитных полях, например, магнитное поле соленоида или тороида, количество расчётов и громоздкость формул значительно увеличится. Для упрощения расчётов вводится понятие циркуляции вектора магнитной индукции.

Циркуляция вектора магнитной индукции по произвольному контуру.

Представим некоторый контур l, который перпендикулярный току I. В любой точке Р данного контура, магнитная индукция В направлена по касательной к данному контуру. Тогда произведение векторов dl и В описывается следующим выражением

Так как угол достаточно мал, то векторов dlВ определяется, как длина дуги

Таким образом, зная магнитную индукцию прямолинейного проводника в данной точке, можно вывести выражение для циркуляции вектора магнитной индукции

Теперь остаётся проинтегрировать получившееся выражение по всей длине контура

В нашем случае вектор магнитной индукции циркулирует вокруг одного тока, в случае же нескольких токов выражение циркуляции магнитной индукции переходит в закон полного тока, который гласит:

Циркуляция вектора магнитной индукции по замкнутому контуру пропорциональна алгебраической сумме токов, которые охватывает данный контур.

Магнитное поле соленоида и тороида

С помощью закона полного тока и циркуляции вектора магнитной индукции достаточно легко определить магнитную индукцию таких сложных магнитных полей как у соленоида и тороида.

Соленоидом называется цилиндрическая катушка, которая состоит из множества витков проводника, намотанных виток к витку на цилиндрический каркас. Магнитное поле соленоида фактически состоит из множества магнитных полей кругового тока с общей осью, перпендикулярной к плоскости каждого кругового тока.

Магнитная индукция соленоида.

Воспользуемся циркуляцией вектора магнитной индукции и представим циркуляцию по прямоугольному контуру 1-2-3-4. Тогда циркуляция вектора магнитной индукции для данного контура будет иметь вид

Так как на участках 2-3 и 4-1 вектор магнитной индукции перпендикулярен к контуру, то циркуляция равна нулю. На участке 3-4, который значительно удалён от соленоида, то его так же можно не учитывать. Тогда с учётом закона полного тока магнитная индукция в соленоиде достаточно большой длины будет иметь вид

где n – число витков проводника соленоида, которое приходится на единицу длины,

I – ток, протекающий по соленоиду.

Тороид образуется путём намотки проводника на кольцевой каркас. Данная конструкция эквивалентна системе из множества одинаковых круговых токов, центры которых расположены на окружности.

Магнитная индукция тороида.

В качестве примера рассмотрим тороид радиуса R, на который намотано N витков провода. Вокруг каждого витка провода возьмём контур радиуса r, центр данного контура совпадает в центром тороида. Так как вектор магнитной индукции B направлен по касательной к контуру в каждой точке контура, то циркуляция вектора магнитной индукции будет иметь вид

где r – радиус контура магнитной индукции.

Контур проходя внутри тороида охватывает N витков провода с током I, тогда закон полного тока для тороида будет иметь вид

где n – число витков проводника, которое приходится на единицу длины,

r – радиус контура магнитной индукции,

R – радиус тороида.

Таким образом, используя закон полного тока и циркуляцию вектора магнитной индукции можно рассчитать сколь угодно сложное магнитное поле. Однако закон полного тока дает правильные результаты только лишь в вакууме. В случае расчёта магнитной индукции в веществе необходимо учитывать так называемые молекулярные токи. Об этом пойдёт речь в следующей статье.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Тесла (единица измерения) — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Тесла.

Те́сла (русское обозначение: Тл; международное обозначение: T) — единица измерения индукции магнитного поля в Международной системе единиц (СИ), 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.

Через основные единицы СИ тесла выражается следующим образом:

Через производные единицы СИ тесла выражается соотношениями:

В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы тесла пишется со строчной буквы, а её обозначение «Тл» — с заглавной.

Соотношения с другими единицами измерения магнитной индукции:

Единица названа в честь изобретателя Николы Тесла. В Международную систему единиц (СИ) тесла введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году одновременно с принятием СИ в целом[1].

Характерные значения[править]

  • Во внешнем космосе магнитная индукция составляет от 0,1 до 10 нанотесла (от 10−10 Тл до 10−8 Тл).
  • Магнитное поле Земли значительно варьируется во времени и пространстве. На широте 50° магнитная индукция в среднем составляет 5·10−5 Тл, а на экваторе (широта 0°) — 3,1·10−5 Тл.
  • Сувенирный магнит на холодильнике создает поле около 5 миллитесла.
  • Отклоняющие дипольные магниты Большого адронного коллайдера — от 0,54 до 8,3 Тл.
  • В солнечных пятнах — 10 Тл.
  • Рекордное значение постоянного магнитного поля, достигнутое людьми без разрушения установки — 100,75 Тл[2]
  • Рекордное значение импульсного магнитного поля, когда-либо наблюдавшегося в лаборатории — 2,8·103 Тл[3]
  • Магнитные поля в атомах — от 1 до 10 килотесла (103 — 104 Тл).
  • На нейтронных звёздах — от 1 до 100 мегатесла (106 Тл — 108 Тл).
  • На магнетарах — от 0,1 до 100 гигатесла (108 — 1011 Тл).

Кратные и дольные единицы[править]

Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ.

Кратные Дольные
величина название обозначение величина название обозначение
101 Тл декатесла даТл daT 10−1 Тл децитесла дТл dT
102 Тл гектотесла гТл hT 10−2 Тл сантитесла сТл cT
103 Тл килотесла кТл kT 10−3 Тл миллитесла мТл mT
106 Тл мегатесла МТл MT 10−6 Тл микротесла мкТл µT
109 Тл гигатесла ГТл GT 10−9 Тл нанотесла нТл nT
1012 Тл тератесла ТТл TT 10−12 Тл пикотесла пТл pT
1015 Тл петатесла ПТл PT 10−15 Тл фемтотесла фТл fT
1018 Тл эксатесла ЭТл ET 10−18 Тл аттотесла аТл aT
1021 Тл зеттатесла ЗТл ZT 10−21 Тл зептотесла зТл zT
1024 Тл иоттатесла ИТл YT 10−24 Тл иоктотесла иТл yT
     применять не рекомендуется

Плотность магнитного потока | Магнит-Лексикон / Глоссарий

Плотность магнитного потока определяется как плотность силовых линий. Как так называемое поле B, это косвенная мера силы магнитного поля. Требуется обозначение B-field: это не настоящее магнитное поле, даже если эти два термина иногда используются в литературе как синонимы.

Расчет плотности магнитного потока

Хотя по определению плотность магнитного потока описывается буквой B, , буква для магнитного поля — H. Следующее соотношение применяется к так называемым константам проницаемости μ0 (для вакуума) и μ (для дополнительных материалов):

Константа проницаемости может варьироваться в зависимости от типа материала:

  • Пока материал не является ферромагнитным, постоянная проницаемости для материала μ около 1.
  • В случае ферромагнитных материалов, это значение иногда может доходить до 100000.
  • Если это снова сверхпроводник, то μ = 0 .

Произведение двух констант проницаемости и магнитного поля H , таким образом, по определению дает плотность магнитного потока B. Она измеряется в единицах Тесла (Тл).

Справочная информация

Многие не могут реально использовать формулу плотности магнитного потока, упомянутую выше. Описательное объяснение физического фона должно немного помочь: так называемое магнитное поле образуется вокруг проводника, по которому течет электричество.Это будет воздействовать на близлежащие кобальт, никель, железо или другие ферромагнитные материалы. Плотность магнитного потока B , в свою очередь, показывает, насколько сильно это магнитное поле на самом деле. Иногда его также называют магнитной индукции . B описывает плотность магнитного потока через поверхность. Существует множество формул для выполнения этого расчета.

Зависимость плотности магнитного потока от магнитного потока — есть ли здесь разница?

Плотность магнитного потока, проходящего через воображаемую поверхность, и есть магнитный поток.Полезно представить себе изображение с силовыми линиями магнитного поля между двумя полюсами. Плотность силовых линий в поперечном сечении — это, так сказать, плотность магнитного потока.

Согласно так называемым уравнениям Максвелла — хорошо известному физическому закону в электродинамике — силовые линии не могут просто остановиться. Таким образом, магнитная индукция магнита продолжает работать снаружи. Магнитный поток сам по себе имеет формулу Φ и в основном обозначает всех силовых линий магнитного поля. Следовательно, магнитный поток возникает от определенной области A к продукту с плотностью магнитного потока B. Область должна быть перпендикулярна потоку.

Движущиеся заряды, то есть токи, вызывают магнитный поток. У этого нет ни начала, ни конца, потому что токи создают только замкнутые силовые линии. Физически корректно, это означает, что нет источников и стоков магнитного потока или плотности магнитного потока. Этот факт является причиной того, что два полюса всегда образуют магнит: южный полюс и северный полюс.

Уравнения Максвелла из электродинамики выражают этот факт математически. Важно понимать, что постоянные магниты также основаны на этом поведении в отношении плотности магнитного потока: там образуются микроскопических круговых токов с током I, , вызванные перемещениями электронов в материале. Они отвечают за магнитный поток или магнитное поле. Круговой ток создает так называемый магнитный момент, когда южный полюс находится под петлей проводника, а северный полюс — над этой петлей проводника.Если бы направление тока было изменено на противоположное, полюса поменяли бы местами.

Таким образом, с физической точки зрения магнитный поток определяется индуктивным эффектом, который он оказывает на проводящую петлю. Если петля проводника с известной площадью попадает в магнитное поле, это указывает на наличие там скачка напряжения. Магнитный поток равен интегралу по времени по этому скачку:

Магнитный поток измеряется с помощью этой проводящей петли и индуцируемого в ней напряжения. Однако это уже не обычный метод: так называемый зонд Холла намного точнее. Если плотность магнитного потока проходит через изогнутую поверхность, магнитный поток должен быть определен как интеграл по нормали к поверхности от векторной плотности потока:

Линии поля, проходящие через закрытую поверхность, например поверхность сферы, также должны выходить оттуда. Такова природа замкнутых силовых линий: Математически это проявляется в том, что магнитный поток через замкнутые поверхности всегда равен нулю. Следовательно, нет никаких источников или стоков в плотности магнитного потока.

Эквивалент этого — утверждение одного из четырех уравнений Максвелла о так называемой свободе от дивергенции плотности магнитного потока.

Аэропорты переименовывают свои взлетно-посадочные полосы из-за изменений магнитного поля Земли

Почти каждый год в соответствии с международными правилами безопасности в какой-то части мира есть аэропорт, которому необходимо изменить нумерацию и, следовательно, переименовать свои взлетно-посадочные полосы.

В мире международной авиации все взлетно-посадочные полосы пронумерованы в соответствии с той же логикой, чтобы пилоты могли быть уверены, что они приземляются на правильную взлетно-посадочную полосу и с правильного направления.

Эти номера нанесены на обоих концах взлетно-посадочной полосы, показаны на табличках с указателями и используются при связи с диспетчерской службы воздушного движения и с международными базами данных.

Цифры основаны на магнитном пеленге взлетно-посадочной полосы, что указывает на их положение относительно Северного магнитного полюса Земли.

Например, вторая взлетно-посадочная полоса аэропорта Хельсинки имеет магнитный пеленг около 145 градусов. Это число округляется до ближайшей декады, 150, а последняя цифра опускается, что составляет 15.

Поскольку взлетно-посадочные полосы могут использоваться с обоих концов, в официальном названии взлетно-посадочной полосы есть номера для обоих направлений. Противоположный конец взлетно-посадочной полосы всегда отличается на 180 градусов, поэтому он имеет номер 18 выше или ниже. В случае второй взлетно-посадочной полосы в аэропорту Хельсинки получается 15 + 18 = 33.

Официальное название взлетно-посадочной полосы представляет собой комбинацию этих двух чисел: 15/33. Если в аэропорту есть две параллельные взлетно-посадочные полосы, они обозначаются буквой: L — левая, а R — правая.

Почему нужно менять номера?

Северный магнитный полюс постоянно перемещается примерно на 60 километров в год.Если пеленг компаса в какой-то момент округлится до следующего декады, взлетно-посадочная полоса должна быть переименована в соответствии с международными авиационными правилами.

В 2018 году это было сделано в аэропорту Женевы. Было заменено около 100 вывески и 150 кг краски было использовано для перекраски номеров на взлетно-посадочной полосе.

Национальный аэропорт имени Дуайта Д. Эйзенхауэра в Уичито, США, готовится изменить нумерацию / переименовать свои три взлетно-посадочные полосы в 2019 году. Стоимость обновления оценивается в сотни тысяч долларов.

Кривые намагничивания и магнитные свойства

Автор: Майк Гедеон, менеджер рынка телекоммуникаций и серверов

Когда магнитный материал помещается в магнитное поле, его магнитные диполи выравниваются, чтобы создать намагниченность отклика, которая в сочетании с приложенным полем создает магнитную индукцию. Если бы реакция была линейной, это было бы несложным расчетом. Однако реакция нелинейна, что приводит к кривым гистерезиса при циклическом изменении приложенного магнитного поля.

Кривая намагничивания магнитного материала так же описывает магнитные свойства материала, как его кривая напряжения-деформации описывает его механические свойства. Так же, как ключевые свойства при растяжении можно найти на кривой зависимости напряжения от деформации, ключевые магнитные свойства также можно найти на кривой намагничивания.

Прежде всего следует отметить, что есть два типа кривых намагничивания, генерируемых в ответ на приложенное поле. Кривые M-H сосредоточены на внутреннем отклике магнитного материала, а кривые B-H — на магнитной индукции.Поэтому важно знать, на какой тип кривой вы смотрите, пытаясь определить магнитные свойства.

На рисунке 1 схематично показано, что происходит, когда магнитное поле прикладывается к магнитному материалу. По мере увеличения напряженности поля магнитный момент материала (также увеличивается, поскольку магнитные диполи начинают выравниваться с приложенным магнитным полем. То есть, материал становится магнитно поляризованным . Поскольку M увеличивается, соответствующий магнитная индукция также увеличивается.В конце концов, когда магнитные диполи полностью выровнены с полем, они больше не могут увеличиваться. Это известно как намагниченность насыщения .

Наклон кривой намагничивания — это магнитная проницаемость (μ) материала. Однако учтите, что начальная намагниченность обычно не прямая! Это означает, что магнитная проницаемость будет варьироваться в зависимости от напряженности магнитного поля. Поэтому часто испытательные лаборатории сообщают 3 значения проницаемости.Это будут начальный (низкий уклон), промежуточный (максимальный уклон) и конечный (снова более низкий уклон). Поскольку самая длинная линейная часть кривой является максимальным уклоном, это часто считается проницаемостью по умолчанию.

Рисунок 1 — Кривая начального намагничивания. Когда магнитный материал помещается в магнитное поле, намагниченность (M) и соответствующая индукция (B) увеличиваются. Скорость увеличения определяется магнитной проницаемостью материала.

На рис. 2 показана полная кривая гистерезиса для ферромагнитного материала. Я выбрал ферромагнитный материал, так как характеристики кривой гистерезиса легко увидеть, но даже магнитомягкие материалы будут иметь те же характеристики, хотя форма кривой будет другой.

После первоначального намагничивания материала до насыщения магнитный файл уменьшается до нуля и переворачивается. Когда приложенное поле падает до нуля, в материале все еще остается остаточная намагниченность, в результате чего индукция больше нуля. Эта остаточная манетизация или индуктивность известна как Remanance . На кривой B-H это будет обозначено как. На кривой M-H он будет обозначен как. Поскольку приложенное поле равно нулю, в единицах СИ и в единицах Гаусса (cgs).

По мере того, как магнитное поле продолжает усиливаться в направлении, противоположном начальному насыщению, индукция будет продолжать падать и в конечном итоге обратится. По пути вниз будет точка, где чистая индукция равна нулю. (Здесь кривая B-H пересекает ось X).Приложенная напряженность магнитного поля, в которой это происходит, называется коэрцитивной силой (H C ) . В этот момент приложенное поле отрицательно и точно уравновешивается оставшимся положительным магнитным моментом материала.

Когда магнитное поле становится сильнее в отрицательном направлении, в конечном итоге магнитный момент также станет равным нулю. (Другими словами, здесь кривая M-H пересекает ось X). Напряженность приложенного магнитного поля, в которой это происходит, называется внутренней коэрцитивной силой (H Ci ) . Поскольку кривая гистерезиса пересекает ось X на кривой M-H за пределами того места, где она пересекает на кривой B-H, H Ci > H C .

В конце концов, насыщение будет достигнуто в другом направлении. Если поле снова поменять местами, материал вернется к насыщению по кривой, равной кривой размагничивания и противоположной ей. Другими словами, кривая повторного намагничивания будет равна кривой размагничивания, симметрично перевернутой по обеим осям.

Рисунок 2 — Кривая магнитного гистерезиса ферромагнитного материала. Магнитная остаточная магнитная индукция (Br) — это остаточная индукция, когда приложенное магнитное поле падает до нуля после достижения насыщения. (где петля гистерезиса пересекает ось Y (индукция). Коэрцитивная сила H c ) — это обратная сила магнитного поля, необходимая для размагничивания насыщенного материала. Здесь петля гистерезиса пересекает ось X (напряженность приложенного поля).

Для получения дополнительных технических статей, пожалуйста, посетите наш архив Технических новостей.


Прочие статьи

Электромагнетизм — H поле Vs B Поле внутри магнита

Есть два основных уравнения для рассмотрения статических магнитных полей в веществе (в дальнейшем предполагается, что $ \ mathbf {J} = 0 $).Первый — это $ \ mathrm {div} \ mathbf {B} = 0 $, что по сути означает, что плотность магнитного потока $ \ mathbf {B} $ не имеет источников, а $ \ mathbf {H} = \ mathbf {B} -4 \ pi \ mathbf {M} $ (здесь используются cgs-единицы), который определяет $ \ mathbf {H} $, называемое магнитным полем, и, наконец, $ \ mathbf {M} $ намагничивание. $ \ mathbf {H} $ следует рассматривать как вспомогательное поле, поскольку оно не является фундаментальным, как $ \ mathbf {B} $. На самом деле это важно только тогда, когда в игру вступает намагниченный материал (он также часто используется в законе Ампера, но поскольку он может быть заменен там на $ \ mathbf {B} $, он теряет свою важность). $ \ mathbf {H} $ «своего рода» основано на намагничивании, которое является новым явлением, поэтому обе величины не являются фундаментальными, тогда как $ \ mathbf {B} $ — фундаментальными. Итак, $ \ mathbf {H} $ не соответствует изображению — мы часто его имеем в виду — не имеющему источника. $ \ mathbf {H} $ имеет источники, тогда как плотность магнитного потока $ \ mathbf {B} $ не имеет источников. Это было введением.

А теперь формальная работа. Мы будем использовать $ \ mathrm {div} \ mathbf {B} = 0 $ в $ \ mathbf {H} = \ mathbf {B} -4 \ pi \ mathbf {M} $:

$$ \ mathrm {div} \ mathbf {H} = \ mathrm {div} \ mathbf {B} -4 \ pi \ mathrm {div} \ mathbf {M} = -4 \ pi \ mathrm {div} \ mathbf {M} $$.

Единственное место, где намагниченность значительно изменяется, — это край магнита, тогда как внутри магнита мы предполагаем, что оно постоянное. Кроме того, давайте рассмотрим аналогию электрического поля, которое удовлетворяет следующему уравнению:

$$ \ mathrm {div} \ mathbf {E} = 4 \ pi \ rho $$

где $ \ rho $ — плотность электрического заряда. Сравнивая уравнение магнитного поля с уравнением электрического поля, мы видим, что изменение намагниченности $ \ mathrm {div} \ mathbf {M} $ служит источником магнитного поля $ \ mathbf {H} $.Следует иметь в виду, что оба конца магнита можно рассматривать как источники магнитного поля $ \ mathbf {H} $, поскольку заряды являются источниками электрического поля $ \ mathbf {E} $.
Теперь обозначение величины $ \ mathbf {H} $ как «магнитное поле» более понятно: оно ведет себя как электрическое поле (с источниками). Однако свойство замкнутых силовых линий сохраняется за плотностью магнитного потока $ \ mathbf {B} $.

Кстати, намагниченность зависит только от приложенного внешнего поля $ \ mathbf {H} $.Ферромагнитный материал имеет остаточную намагниченность, отличную от нуля даже без внешнего поля $ \ mathbf {H} $, что и должно быть здесь рассмотрено. Таким образом, в этом случае $ \ mathbf {M} $ можно считать независимым от $ \ mathbf {H} $.

Резюме: Источником $ \ mathbf {H} $ является изменение намагниченности $ — \ mathrm {div} \ mathbf {M} $, тогда как плотность магнитного потока $ \ mathbf {B} $ не имеет источников. $ 4 \ pi \ mathbf {M} $ и $ \ mathbf {H} $ складываются, чтобы получить $ \ mathbf {B} $. В магнитостатике $ \ mathbf {H} $ ведет себя аналогично электрическому полю в электростатике.Когда приходят токи, все немного усложняется, но сейчас это не вопрос.

Электромагнитное излучение и поля

Электромагнитное излучение

Электромагнитное поле (ЭМП) создается при ускорении заряженных частиц, например электронов. Заряженные частицы в движении создают магнитные поля. Электрические и магнитные поля присутствуют вокруг любой электрической цепи, будь то электричество переменного (AC) или постоянного (DC) тока. Поскольку постоянный ток статичен, а переменный ток меняется по направлению, поля от источников постоянного и переменного тока имеют существенные различия.Статические поля, например, не вызывают токов в неподвижных объектах, в отличие от полей переменного тока. Статические магнитные поля не меняются во времени и, следовательно, не имеют частоты (0 герц [Гц]).

Наиболее известные магнитные эффекты возникают в ферромагнитных материалах, которые сильно притягиваются магнитными полями и могут быть намагничены, чтобы стать постоянными магнитами, которые сами создают магнитные поля. Лишь немногие вещества являются ферромагнитными; наиболее распространены железо, никель, кобальт и их сплавы.

Напряженность магнитного поля обычно измеряется в теслах (Тл или мТл) или гауссах (Гс). Бытовые магниты имеют силу порядка нескольких десятков миллитесла (1 мТл = 10 –3 Тл), в то время как напряженность поля оборудования магнитно-резонансной томографии (МРТ) колеблется от 1,5 Тл до 10 Тл.

Статические электрические поля

Электрическое поле — это силовое поле, создаваемое притяжением и отталкиванием электрических зарядов, и оно измеряется в вольтах на метр (В / м). Статическое электрическое поле (также называемое электростатическим полем) создается зарядами, которые фиксируются в пространстве.Сила естественного статического электрического поля в атмосфере колеблется от примерно 100 В / м в хорошую погоду до нескольких тысяч В / м под грозовыми облаками. Другим источником статических электрических полей является разделение зарядов в результате трения или статических электрических токов от различных технологий. В домашних условиях зарядовые потенциалы в несколько киловольт могут накапливаться при ходьбе по непроводящему ковру, создавая локальные поля. Линии электропередачи постоянного тока высокого напряжения могут создавать статические электрические поля до 20 кВ / м и более.

Источники с напряженностью поля более 5-7 кВ / м могут создавать широкий спектр опасностей, таких как реакции вздрагивания, связанные с искровыми разрядами, и контактные токи от незаземленных проводников внутри поля.

Статические магнитные поля

Магнитное поле — это силовое поле, создаваемое магнитом или зарядами, которые движутся в устойчивом потоке, как при постоянном токе (DC). Статические магнитные поля оказывают притягивающее действие на металлические предметы, содержащие, например, железо, никель или кобальт.Количество феррита (форма железа) или мартенситной стали (особый тип сплава нержавеющей стали) в объекте влияет на его магнитную способность: чем больше количество этих компонентов, тем выше ферромагнетизм. Все типы нержавеющей стали серии 400 являются магнитными. Аустенитная сталь немагнитна. Большинство, но не все, нержавеющая сталь серии 300 являются аустенитными, а не магнитными.

Источники статических магнитных полей, обнаруженные в лаборатории Беркли, включают оборудование ядерного магнитного резонанса (ЯМР), системы МРТ, системы спектроскопии, ионные насосы, квадруполи и секступоли, изгибные магниты, сверхпроводящие магниты и криостаты.

Статические магнитные поля также могут стирать данные, хранящиеся на магнитных носителях или на полосах кредитных или дебетовых карт и бейджей.

Изменяющиеся во времени магнитные поля

Изменяющиеся во времени магнитные поля — это магнитные поля, которые меняют свое направление с постоянной частотой. Они могут индуцировать электрический ток в проводнике, присутствующем в этом поле, а также в теле человека. Изменяющиеся во времени магнитные поля создаются устройствами, использующими переменный ток, такими как антенны сотовых телефонов, микроволновые печи и т. Д.Общее практическое правило состоит в том, что 1 Тл / сек может вызвать в теле около 1 микроампер на квадратный сантиметр (мкА / см 2 ).

Индуцированные токи в теле могут вызвать локальное нагревание и возможные ожоги, что является основным эффектом изменяющихся во времени полей. Причина — переменное во времени поле высокой радиочастоты. Низкочастотные поля обычно не вносят большого вклада в этот эффект.

Источники электромагнитного излучения

Статические магнитные поля создаются магнитами или потоком постоянного тока.Они также могут быть произведены из многих природных источников. К естественным источникам статических электрических полей относятся земная атмосфера во время шторма, заряд, возникающий при перемещении по ковру, и «статическое прилипание» одежды. Земля имеет электрическое поле около 130 В / м у поверхности из-за разделения зарядов между Землей и ионосферой. Он направлен вертикально. Земля и ионосфера вместе образуют сферический конденсатор, причем двумя проводящими поверхностями являются земля и верхняя атмосфера. Эта разница потенциалов поддерживается за счет молнии, которая несет на землю отрицательные заряды.

Земля сама по себе имеет естественное статическое магнитное поле, которое используется для навигации по компасу. Токи, протекающие глубоко внутри ядра Земли, создают естественные статические магнитные поля на поверхности Земли. Земля имеет статическую плотность магнитного потока в среднем 0,5 Гс с наименьшей напряженностью поля на экваторе и наибольшей на магнитных полюсах.

Общие источники статических магнитных полей включают постоянные магниты (которые используются в бытовой технике, игрушках и медицинских устройствах), приборы с батарейным питанием, сканеры МРТ, некоторые электрифицированные железнодорожные системы и определенные промышленные процессы.

Сверхпроводящие магниты

Схематическое изображение магнитного поля, создаваемого индуцированным током.

Сверхпроводящий магнит — это электромагнит, сделанный из катушек сверхпроводящего провода. Во время работы их необходимо охлаждать до криогенных температур. В сверхпроводящем состоянии провод может проводить гораздо большие электрические токи, чем обычный провод, создавая сильные магнитные поля. Сверхпроводящие магниты используются в сканерах МРТ в больницах и в научном оборудовании, таком как спектрометры ядерного магнитного резонанса (ЯМР), масс-спектрометры и ускорители частиц.

Сверхпроводящие магниты, такие как оборудование для ЯМР и МРТ, представляют особую угрозу безопасности. Эти проблемы включают криогенную безопасность, сильные магнитные поля и возможность создания атмосферы с дефицитом кислорода. Самый высокий потенциал для наиболее серьезных из этих опасностей существует во время запуска магнита, наполнения криогенным веществом и работ по техническому обслуживанию. После того, как магниты работают и магнитные поля установлены, риски минимальны, если операторы, обслуживающий персонал, пациенты и / или посетители понимают пределы близости и процедуры, которым необходимо следовать при работе рядом с магнитом.

Ядерный магнитный резонанс

Пример системы ЯМР

В системе ЯМР используется статическое магнитное поле и радиочастотный импульс для выравнивания ядерных спинов в магнитном поле для максимизации силы сигнала ЯМР. ЯМР-спектроскопия — это метод исследования, который использует магнитные свойства определенных атомных ядер и может предоставить подробную информацию о структуре, динамике, состоянии реакции и химическом окружении молекул.

ЯМР

— это сверхпроводящие магниты, которые обычно создают поля сердечника от 0.От 15 Тл до 20 Тл. Эти поля уменьшаются по интенсивности с увеличением расстояния от сердечника. Исследовательские ЯМР более мощные, чем медицинские устройства, но их области меньше по объему, сфокусированы и быстро исчезают, что упрощает обеспечение защиты персонала.

Советы по безопасности при использовании ЯМР

Магнитно-резонансная томография

Типичный медицинский сканер МРТ

Метод МРТ используется в радиологии для создания изображений органов тела для диагностической визуализации. МРТ-сканирование основано на науке о ЯМР с использованием сильных магнитных полей, радиоволн и градиентов поля для создания изображений органов тела.Сканер МРТ состоит из большого мощного магнита, в котором лежит пациент. Радиоволновая антенна используется для передачи сигналов телу, а затем приема сигналов обратно. Эти возвращаемые сигналы преобразуются в изображения компьютером, подключенным к сканеру. Изображение практически любой части тела можно получить в любой плоскости.

Большинство клинических магнитов представляют собой сверхпроводящие магниты, для которых требуется жидкий гелий. Напряженность магнитного поля МРТ составляет от 0,15 Тл до 4 Тл. Сверхпроводящие магниты на 1.5 Тл и выше позволяют получать функциональные изображения головного мозга и МР-спектроскопию с улучшенным временным и пространственным разрешением. Такие магниты создают дополнительные проблемы из-за радиочастотного (РЧ) нагрева объекта.

Советы по безопасности при использовании МРТ

Ионные насосы

Пример ионно-распылительного насоса

Ионный насос (также называемый распылительным ионным насосом) — это тип вакуумного насоса, способный достигать давления до 10 −11 миллибар (мбар) в идеальных условиях. Ионный насос ионизирует газ внутри сосуда, к которому он прикреплен, и использует сильный электрический потенциал, обычно 3–7 кВ, что позволяет ионам ускоряться и захватываться твердым электродом и его остатками.

Три основных типа ионных насосов — это обычный или стандартный диодный насос, благородный диодный насос и триодный насос.

Базовая конструкция состоит из двух электродов (анод и катод) и магнита. Ионные насосы обычно используются в системах сверхвысокого вакуума (UHV), поскольку они могут достигать предельного давления менее 10 −11 мбар. В отличие от других распространенных сверхвысокочастотных насосов, таких как турбомолекулярные и диффузионные насосы, ионные насосы не имеют движущихся частей и не используют масло.Поэтому они чистые, не требуют особого ухода и не производят вибрации. Эти преимущества делают ионные насосы хорошо подходящими для использования в сканирующей зондовой микроскопии и других высокоточных приборах. Кроме того, они не требуют запекания и предназначены для минимизации паразитного магнитного поля.

Большинство ионных насосов, установленных на лучевых линиях ALS, имеют линию 5 G в пределах 20–30 см от поверхности.

Воздействие на здоровье

Физические и биологические эффекты в статических электрических и магнитных полях

Безусловно, наиболее важным эффектом является притяжение магнитных объектов внутри или на теле магнитным полем.Такие предметы, как кардиостимуляторы, хирургические зажимы и имплантаты, планшеты, инструменты, украшения, часы, швабры, ведра, ножницы и винты, были задокументированы как потенциальные опасности. Даже легкие предметы могут стать опасными при движении на высокой скорости. Большая часть этого опыта была получена с помощью медицинских систем МРТ. Магнитные объекты будут пытаться выровняться с линиями магнитного поля. Если имплантированный объект попытается сделать это, крутящий момент может вызвать серьезную травму.

Современные кардиостимуляторы предназначены для тестирования или перепрограммирования с использованием небольшого магнитного поля, внешнего по отношению к телу. Статические поля могут замкнуть герконы и вызвать переход кардиостимулятора в режим тестирования, перепрограммирования, обхода и другие режимы работы с возможной травмой.

На основании данных по использованию МРТ статические поля могут оказывать небольшое обратимое влияние на данные электрокардиограммы. Причина — взаимодействие движущейся крови (проводящей среды) и поля в сердце. Эффект минимален (менее 2 Тл) и не считается проблемой.

Имеющаяся в настоящее время информация не указывает на какие-либо серьезные последствия для здоровья в результате острого воздействия статических магнитных полей до 8 Тл, но это может привести к потенциально неприятным эффектам, таким как головокружение во время движений головы или тела.Степень этих ощущений во многом зависит от индивидуальных факторов, таких как личная предрасположенность к укачиванию и скорость передвижения в поле.

Физические и биологические эффекты в изменяющихся во времени и индуцированных электрических полях

Эффекты изменяющихся во времени полей аналогичны эффектам статических полей. В таком поле могут возникать небольшие токи, которые обычно отсутствуют в теле. Обычно это не вызывает беспокойства, но они могут вызывать головокружение и сенсорные ощущения, такие как тошнота, металлический привкус во рту и слабые мерцающие зрительные ощущения (магнитофосфены).Пользователи кардиостимуляторов также могут подвергаться риску. Индуцированные токи могут вызвать неправильный запуск кардиостимулятора или даже предотвратить стимуляцию, когда это действительно необходимо. Наведенные токи могут вызвать локальный нагрев, который является основным эффектом изменяющихся во времени полей.

Основным взаимодействием низкочастотных изменяющихся во времени электрических и магнитных полей с телом человека является индукция электрического поля и токов в соответствии с законом Фарадея: E = πfrB, где E — электрическое поле, f — частота, r — радиус петли, перпендикулярной магнитному полю, а B — плотность магнитного потока.Чем больше радиус r , тем больше электрическое поле и ток. Для человека радиус наибольший по периметру тела.

Сообщалось о стимуляции нервной и мышечной ткани при 50–500 мТл (500–5000 G). Выше 500 мТл (5000 G) индуцированные токи могут нарушить сердечный ритм или вызвать фибрилляцию желудочков. Все эти эффекты вызваны индуцированными токами (IRPA, 1990).

Пределы и оценка электромагнитного воздействия

ПДК ACGIH относятся к плотностям потока статического магнитного поля, которым, как считается, почти все рабочие могут подвергаться многократно изо дня в день без неблагоприятных последствий для здоровья.

ПДК для стандартного (8-часового) профессионального воздействия статических магнитных полей перечислены в таблице 1. Работники с имплантированными ферромагнитными или электронными медицинскими устройствами не должны подвергаться воздействию статических магнитных полей, превышающих 0,5 мТл (5 G).

Таблица 1. TLV для статических магнитных полей

TLV Описание
5 г Максимально допустимое поле для имплантированных кардиостимуляторов.
10 г Могут быть повреждены часы, кредитные карты, магнитная лента, компьютерные диски.
30 г Небольшие предметы из черных металлов представляют опасность с кинетической энергией.
20000 г (2 т) Предел потолка для всего тела (воздействие выше этого предела не допускается).
80 000 г (8 т) Целостность (специальная подготовка рабочих и контролируемая рабочая среда).
200,000 G (20T) Предел потолка конечности (воздействие выше этого предела не допускается).

Примечание. Время воздействия, взвешенное по времени (TWA), обычно вызывает беспокойство только при очень сильном воздействии поля на все тело.

1 гаусс (Г) = 0,1 миллитесла (мТл)

Полный список TLV можно загрузить по указанной ниже ссылке: Полный список пороговых значений.

Пороговые значения (ПДК)

Оценка воздействия

Для оценки опасности и оценки воздействия устройств, генерирующих ЭМП, следует выполнить измерение излучения ЭМП и сравнить его с соответствующими ПДК. Оценка должна выполняться во время установки устройства, генерирующего ЭДС, после изменения рабочих параметров, которое увеличивает опасность, или после ремонта, который может изменить рабочие параметры. Уже установленные, но не прошедшие оценку устройства следует оценивать при первой возможности. Если результаты первоначальных оценок значительно ниже ПДК, дальнейший мониторинг не требуется, если только деятельность не будет изменена так, чтобы ожидать увеличения воздействия. Если установлено, что результаты превышают уровни TLV или очень близки к TLV, периодический мониторинг следует проводить с частотой, достаточной для обеспечения адекватности мер контроля (обычно ежегодно).

Общие правила техники безопасности

Снаряды

Самая непосредственная опасность, связанная с магнитной средой, — это притяжение между магнитом и ферромагнитными объектами. Ферромагнитные металлические предметы могут стать летательными снарядами в сильном магнитном поле. Инструменты и баллоны со сжатым газом могут стать неконтролируемыми и летать, как ракеты, к магнитам в областях, где существуют сильные статические поля и сильные градиенты поля (изменения напряженности поля на расстоянии). Механические опасности зависят от напряженности поля и градиента поля, а также от того, насколько быстро сила магнитного поля изменяется с расстоянием. Очевидная мера безопасности — предотвратить попадание магнитного материала в рабочую зону.

Никогда не помещайте какие-либо части тела между магнитом и незакрепленными металлическими предметами. Если большой объект притягивается к магниту и ударяется о магнит, выйдите из комнаты, так как это может привести к гашению магнита. Сообщите своему руководителю. Если произошла травма, немедленно звоните 911.

Электронные и металлические имплантаты

Лица, носящие металлические имплантаты, такие как костные или суставные протезы, хирургические зажимы, гвозди или винты в сломанных костях, пирсинг или даже зубные пломбы, могут испытывать болезненные ощущения при воздействии сильных магнитных полей. Лица, оснащенные кардиостимуляторами, подвергаются особому риску, поскольку статические или импульсные магнитные поля могут влиять на рабочий режим их имплантированных устройств.

Проблемы криогенного газа

Закалка

Квенч — это (обычно неожиданная) потеря сверхпроводимости в ЯМР-магните, приводящая к быстрому нагреву за счет увеличения сопротивления сильному току.Сверхпроводящий магнит содержит жидкий гелий и жидкий азот. Если магнит погаснет, значительный объем жидкого гелия превратится в газ. При гашении магнита сверхпроводящий магнит теряет способность к сверхпроводимости, и накопленная энергия выделяется в виде тепла, которое выкипает из жидкого гелия. Газообразный гелий выходит из магнитного дьюара и заполняет комнату сверху вниз (гелий легче воздуха) и образует облако у потолка. Тушение очевидно: над магнитом образуется большое облако паров гелия, сопровождаемое громким свистящим звуком, который может создать атмосферу с дефицитом кислорода.Если происходит тушение, немедленно покиньте комнату, включите пожарную сигнализацию, чтобы эвакуироваться из здания, и позвоните 911.

Закалка может сильно повредить магнит, и предметы из железа попадут в отверстие магнита.

Биоэффекты

Сверхпроводящие магниты, использующие жидкий гелий и / или азот, представляют собой дополнительную проблему безопасности при работе с криогенными жидкостями. Прямой контакт с кожей или тканями глаза может вызвать серьезные повреждения в результате обморожения (повреждение тканей от замерзания).Если обморожение тяжелое, возможно, поврежденные ткани придется ампутировать. Вдыхание концентрированных криогенных газов может вызвать потерю сознания и (в конечном итоге) смерть из-за кислородного голодания (удушье).

Вентиляция помещения

В целом, пять полных замен воздуха в помещении в час считаются достаточными для борьбы с небольшими разливами или выбросами криогенов. В случае серьезного выброса персонал должен немедленно покинуть помещение и держать двери открытыми. Если существует риск катастрофического выброса, следует рассмотреть возможность дополнительной вентиляции, чтобы предотвратить образование атмосферы с дефицитом кислорода.

Дьюарс

Емкости для транспортировки криогенов должны быть металлическими. Стекло Дьюара может легко взорваться, что приведет к серьезным травмам. Все устройства Дьюара должны иметь соответствующие вентиляционные отверстия. Невентилируемые емкости могут разорваться, когда жидкость нагреется и расширится. Необходимо постоянно следить за всеми перемещениями криогенов, чтобы предотвратить разливы или замерзание клапанов.

Средства индивидуальной защиты

При работе с криогенами используйте изолирующие перчатки, маску для лица или другие средства защиты глаз / лица от брызг, обувь с закрытым носком и лабораторные халаты.

Вопросы электробезопасности

Источники питания

Хотя источники питания, используемые для магнитов ЯМР, работают при относительно низких напряжениях (примерно 10 В), используемый ток очень высок (примерно 100 А). При контакте с тканями человека высокая сила тока чрезвычайно опасна.

Кабели, провода и соединители

Все кабели, провода и разъемы должны быть должным образом изолированы, чтобы предотвратить контакт с рабочим током. Их следует регулярно проверять, чтобы гарантировать целостность изоляции.Во избежание возникновения дуги никогда не прерывайте соединения, не отключив предварительно питание обрабатываемой цепи.

Блокировка, бирка

При работе с оборудованием, которое приводится в действие опасным источником энергии, необходимо соблюдение процедур блокировки и маркировки.

Прочие вопросы безопасности

Противопожарная защита

Держите поблизости огнетушитель класса C на случай возгорания электрического тока. Перед попыткой тушения электрического пожара необходимо отключить питание.Весь персонал должен пройти обучение правилам противопожарной защиты и эвакуации.

Обеспокоенность землетрясением

Магниты в сборе могут весить несколько тонн и должны быть закреплены, чтобы они не переместились или не опрокинулись во время землетрясения; при их размещении следует учитывать конструкционные стальные опоры. Источники питания также должны быть защищены от движения во время землетрясения.

Акустический шум

Переключение градиентов поля вызывает изменение силы Лоренца, действующей на градиентные катушки, вызывая незначительные расширения и сжатия катушки.Поскольку переключение обычно происходит в диапазоне слышимых частот, возникающая в результате вибрация вызывает громкие шумы (щелчки, стук или звуковой сигнал). Это наиболее заметно в машинах с сильным полем и методах быстрой визуализации, в которых уровни звукового давления могут достигать 120 дБ (A) (децибелы, взвешенные по шкале А), что эквивалентно реактивному двигателю при взлете; Следовательно, во время обследования всем, кто находится в помещении со сканером МРТ, необходима соответствующая защита слуха.

Радиочастота

RF сам по себе не вызывает слышимых шумов (по крайней мере, для людей), поскольку современные системы используют частоты 8.5 МГц (система 0,2 Тл) или выше. Вырабатываемая ВЧ-мощность соответствует мощности многих небольших радиостанций (15–20 кВт). В результате присутствуют тепловые эффекты со стороны РФ. В большинстве импульсных последовательностей нагрев незначителен и не превышает рекомендаций Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.

При использовании ВЧ-катушек существует возможность поражения электрическим током, поэтому необходимо надлежащее заземление и изоляция катушек. Любое повреждение катушек или их кабелей требует незамедлительного внимания. Закручивание кабеля к катушке может привести к ожогам любого, кто к ним прикоснется.Лучше избегать любого контакта с кабелями РЧ катушки.

Средства контроля воздействия

Два подхода к контролю воздействия — это использование технических средств контроля (например, экранирование) и административных средств контроля (например, средств индивидуальной защиты).

Средства инженерного контроля

Экранирование

Магнитные поля контролируются с помощью проницаемого сплава, который ограничивает линии магнитного потока и отклоняет их. Магнитное экранирование может быть выполнено с использованием сплавов с высоким содержанием никеля, называемых мю-металлом или мягким железом. Превращение мю-металла в сложный экран стоит дорого, и мю-металл легко повредить. Такое экранирование лучше всего применять вблизи источника поля, когда это возможно. Другой подход заключается в использовании непроницаемых металлов, таких как медь или алюминий, для создания вихревых токов, которые нейтрализуют исходное магнитное поле.

Защита от закалки

Чтобы избежать ситуации гашения, используйте систему датчиков уровня криогенного вещества для обнаружения гашения и инициирования снижения тока и накопленной магнитной энергии, чтобы предотвратить выгорание проводника.Всегда заправляйте магнит или обесточивайте его, если на датчиках указывается низкий уровень криогенного вещества.

Примеры технических средств контроля сверхпроводящих магнитов:

  • Установка вентиляционного отверстия для продувки жидким гелием, чтобы позволить избытку газообразного гелия выйти через выхлопное отверстие, выходящее через крышу
  • Внутренние датчики для индикации низкого уровня жидкого гелия
  • Визуальная и звуковая сигнализация
  • Надежный контроль доступа, такой как запертые двери и ограниченный доступ только для уполномоченного персонала
Электрическое заземление

Металлические конструкции, вызывающие удары при контакте, должны быть электрически заземлены или изолированы.

Блокировки

Области, где воздействие полей 60 Гц на все тело превышает 25 кВ / м или 1 мТл (10 G), должны быть ограничены положительными средствами, такими как закрытые корпуса, блокировки или предохранительные цепи.

Административный контроль

Обозначение участка

Пример линии 5 Гаусс, отмеченной цепочкой

В рамках процесса проектирования статическое магнитное поле в помещении должно быть определено путем измерения или расчетов, если существует опасность для кардиостимулятора (> 5 G) и кинетической энергии (> 30 G).Также необходимо определить места, где возможно чрезмерное облучение всего тела (> 600 G).

Инструменты и намагничиваемые предметы нельзя хранить в местах, где присутствуют повышенные статические магнитные поля.

Если установлено, что требуется экранирование, следует нанять опытную консультационную фирму для разработки экранирования магнитного поля.

Должны быть приняты меры для защиты и ограничения доступа пользователей кардиостимуляторов к местам, где магнитные поля всего тела превышают 5 G. Линия 5 G представляет собой разграничение между неконтролируемыми и контролируемыми зонами и должна быть четко обозначена. Для полей с экспозицией менее 5 G никаких настроек или проводки не требуется.

В дополнение к предупреждающим знакам, вывешенным на дверных проемах, требуется другой способ обозначить линию 5G вокруг магнита. Например, можно использовать нарисованную линию или ленту, размещенную на полу вокруг магнита, где поле составляет 5 G. Другой пример — цепь, веревка или забор, обозначающие линию 5G вокруг магнита.

Какой бы метод не использовался, выход из зоны в случае возникновения чрезвычайной ситуации не должен блокироваться или предотвращаться.

Знаки опасности

Предупреждающий знак должен быть вывешен у входа в лаборатории или помещения, где магнитные поля превышают любые из указанных выше пределов. Зоны, где существуют потенциальные механические опасности, должны быть четко обозначены. Инструменты, баллоны со сжатым газом и другие изделия из магнитопроницаемого материала не должны находиться в таких местах.

Предупреждающие знаки должны быть вывешены в местах, где напряженность магнитного поля может превышать 0,5 мТл (5 Гс), и / или в местах, где электрические поля 60 Гц превышают 1 кВ / м, как показывают измерения или вычисления, предупреждая людей с кардиостимуляторами или другими медицинскими электронные имплантаты, чтобы держаться подальше.

Предупреждающие знаки должны быть вывешены там, где электрические поля превышают 5 кВ / м, предупреждая людей о возможности возникновения раздражающих искр.

Люди с кардиостимуляторами не должны находиться в местах, где магнитные поля 60 Гц превышают 0.1 мТл (1 Гс), как показывают измерения или вычисления.

Области, где воздействие полей 60 Гц на все тело превышает 25 кВ / м или 1 мТл (10 G), должны быть ограничены положительными средствами, такими как закрытые корпуса, блокировки или предохранительные цепи.

Зоны, где магнитные поля превышают 3 мТл, должны быть обследованы, чтобы определить, где существуют потенциальные механические опасности. Люди с металлическими медицинскими имплантатами не должны находиться в местах, где напряженность поля превышает 3 мТл (30 G).

Руководство по использованию предупреждающих знаков

Примеры знаков, предупреждающих об опасности, показаны ниже.

Оборудование, которое может создавать электрические поля с частотой 60 Гц выше 2,5 кВ / м или магнитные поля выше 0,1 мТл (1 G), должно иметь маркировку или предупреждающий знак.

Примеры этикеток показаны ниже.

Световой сигнализатор с подсветкой

Некоторые электромагниты обозначаются красной мигающей сигнальной лампой, которая загорается, когда на магнит подается напряжение. Магниты, создающие сильное статическое магнитное поле, обычно обесточиваются, когда может произойти облучение персонала (т.например, во время длительных простоев, связанных с работой акселератора).

Индивидуальная защитная одежда

При работе с криогенами надевайте изолирующие перчатки и защитные маски для лица или другие средства защиты глаз / лица от брызг, обувь с закрытыми носками и лабораторные халаты.

Изоляционная одежда и оборудование должны использоваться в зонах, где электрические поля 60 Гц превышают 5 кВ / м, как показывают измерения или вычисления. Изолирующие перчатки или, предпочтительно, специальные средства управления (например, ограждение или экранирование источника поля) должны использоваться во избежание контакта с объектами, которые могут подвергнуть персонал воздействию искр, связанных с напряженностью поля более или равной 5 кВ / м.

Ссылки

  1. 10 CFR 851 Безопасность и здоровье работников — Министерство энергетики, § 851.23 Стандарты безопасности и здоровья.
  2. TLV и BEI Американской конференции государственных специалистов по промышленной гигиене (ACGIH) — 2016 включено посредством ссылки 10 CFR 851 Безопасность и здоровье рабочих — Министерство энергетики, §851.27.
  3. TLV и BEI ACGIH — 2012.
  4. Руководство ICNIRP по предельным значениям воздействия статических магнитных полей . Физика здоровья, Vol. 96 (4): 504-514. 2009.
  5. Руководство ICNIRP по ограничению воздействия электрических полей, вызванных движением человеческого тела в статическом магнитном поле и изменяющимися во времени магнитными полями ниже 1 Гц. Health Physics, Vol. 106 (3): 418-425. 2014.
  6. Плогг Х. и Миллер Г. Основы промышленной гигиены . Четвертое издание, глава 11: Неионизирующее излучение. 2001.
  7. Временное руководство IPRA по предельным значениям воздействия электрических и магнитных полей 50/60 Гц .Физика здоровья, Vol. 58 (1): 113-122. 1990.

Ограничение доступа | UCSF Radiology

Распределение магнитного поля (граничное поле) Рассеянное магнитное поле за пределами отверстия магнита известно как граничное поле, и это трехмерное поле, измеряемое в гауссах. Системы МРТ экранированы, чтобы ограничить периферийное поле в комнате сканирования. Магнитные поля, превышающие 5 Gauss , несущественны для безопасности МРТ. В большинстве систем поле 5 Гаусса ограничено в пределах комнаты сканирования, поэтому краевое поле не влияет ни на какие области за пределами комнаты для магнитов.

Поле 30 Gauss определяет точку, в которой опасность от снарядов становится значительной, и только оборудование, совместимое с МРТ, может безопасно войти в эту область. Каждая система МРТ имеет собственное уникальное периферийное поле из-за разной магнитной конструкции, характеристик экранирования и неоднородности поля. Каждая площадка должна быть снабжена схемой, четко определяющей краевое поле магнита. Схема должна разграничить 30 линий Гаусса и 5 линий Гаусса.

В этом разделе обобщены различные зоны комплекта UCSF MR и указаны конкретные вопросы безопасности, вызывающие наибольшее беспокойство.В UCSF каждый участок МРТ разделен на 4 зоны безопасности в соответствии с рекомендациями Американского колледжа радиологии:

  • Зона 1: Общая общественная зона за пределами MR. Это зона приема и ожидания.
  • Зона 2: Зона между зоной 1 (общественный доступ) и строго контролируемой зоной 2 (диспетчерская) и зоной 3 (магнит). Это зона сразу за пределами Зоны ограниченного доступа 3. Это зона путешествия, в которую пациенты проходят процедуру.
  • Зона 3: Диспетчерская. Любой доступ в Зону 3 должен быть строго ограничен с доступом к регионам внутри нее, контролируемым персоналом MR и полностью под его контролем. Эта зона ограничена от общего доступа с помощью надежного метода ограничения, который позволяет различать персонал MR и не-MR.
  • Зона 4: Магнитная комната. Никто не может находиться в комнате для сканирования без присмотра обученного персонала МРТ. Дверь комнаты сканирования всегда запирается, когда ее никто не оставляет. Когда дверь комнаты сканирования открыта, персонал МРТ должен постоянно устанавливать защитный барьер МРТ (MRI Safety Barrier docx) . Только MR-совместимое оборудование, одобренное Комитетом по безопасности MR, может быть ввезено в Зону 4. Технологи MR должны иметь возможность непосредственно наблюдать и контролировать входы или доступ в Зону 4 с их обычных позиций, когда они находятся за своими столами в Комната управления сканированием.

Все переводы пациентов будут происходить в обозначенной зоне Зона 2 или в зоне приема, если таковая имеется.Для участков без обозначенной Зоны 2 для выдержки или индукционной зоны перенос пациента может происходить в Зоне 3. Перед транспортировкой пациента в комнату сканирования (Зона 4) должен произойти устный тайм-аут, включающий всех сотрудников, назначенных пациенту:

  • Определение правильного пациента
  • Отзыв пациента на форму МРТ
  • Скрининг и обзор информации о безопасности МРТ с привлечением вспомогательного персонала. Проверка на предмет черных металлов
  • Экран и палочка пациента для обнаружения незакрепленных предметов из железа или противопоказанных устройств, таких как пластыри с лекарствами, некондиционная ЭКГ, отведения ЭЭГ, катетеры Фолея с датчиками температуры

Для обследований МРТ, требующих анестезии, должен произойти устный тайм-аут с участием всех сотрудников, назначенных пациенту, чтобы включить заполнение формы безопасности МРТ: время ожидания перед анестезией (docx).

металлов | Бесплатный полнотекстовый | Применение рассеянного магнитного поля для контроля степени износа стальных компонентов системы направляющих подъемников

Контроль технического состояния оборудования широко описан в мировой литературе. Этот процесс направлен не только на оценку их дальнейшей эксплуатации, но и на повышение безопасности и предотвращение незапланированных простоев, что напрямую влияет на экономический результат.

В настоящее время все технические средства подлежат мониторингу, а старые, используемые в промышленности, адаптируются к меняющимся правилам.Контролируемые параметры показаны на рисунке 1. В публикации [1] автор представил собственную изобретенную систему для контроля состояния клеевых соединений в ленточных конвейерах, используемых в горнодобывающей промышленности. Автор указал слабые и сильные стороны таких систем и описал свою концепцию системы. Предлагаемая система мониторинга по собственному изобретению может быть использована, в том числе, в горнодобывающем секторе. Другой подход к процессу мониторинга троса в реальном времени — метод, описанный в публикации [2].Авторами предложено применение визуальных систем, которые можно использовать для анализа качества и степени износа подъемных канатов путем измерения их диаметров и значимых параметров свивки канатов. Эти системы позволяют определять поверхностные повреждения и их тип с точностью, намного превышающей точность других применяемых методов, что, в свою очередь, связано с повышенным уровнем безопасности их использования. В материалах конференции [3] авторы представили метод магнитной памяти металла (МПМ) для контроля технического состояния вала подъемного механизма в реальном времени.Применение этого метода позволило авторам пассивно наблюдать изменения магнитного поля и возникающие магнитомеханические эффекты для бесконтактного мониторинга критических компонентов горных машин. На примере вала подъемного механизма авторы обсудили диагностическую проблему и представили теоретические основы магнитомеханических эффектов, описав, таким образом, влияние магнитного поля электродвигателя, метод магнитной памяти металла (МММ) и ожидаемую диагностику. симптомы.В публикации [4] автор описал внедрение нового инновационного решения для системы диагностики с использованием искусственного интеллекта для непрерывной оценки технического состояния конвейерной ленты со стальными тросами. Основываясь на результатах испытаний, проведенных на реальном объекте угольных шахт, Марсель и Янковице определили, как можно использовать информационные технологии для снижения эксплуатационных расходов за счет увеличения срока службы и надежности конвейеров, используемых в горнодобывающей промышленности. По мнению автора, разработанная система мониторинга играет важную роль в качестве работы конвейера.На основе анализа данных, записанных в матрице повреждений измерительной системы, определяются функции аффилированности для использования в экспертной системе. Представленная в статье система мониторинга позволяет повысить долговечность и надежность систем непрерывной транспортировки угля с помощью искусственного интеллекта. В публикации [5] автор представил возможности оценки технического состояния (анализа качества) компактных стальных канатов с помощью вейвлет-анализа, который является важным элементом, поддерживающим процесс принятия решений во время неразрушающего контроля. По мнению автора, это первая информация, касающаяся вопросов диагностики канатов новой конструкции. В данной публикации представлены результаты анализа сигнала, зарегистрированного на новом компактном канате, при моделировании повреждений. Выбор типа вейвлета и выбор детали разложения, несущей информацию о симптомах износа, а также выбор частоты записи были очень важными элементами процесса диагностики. Протестированные копии поверхности каната очень помогли при оценке технического состояния.В статье [6] авторы сосредоточили свое внимание на вопросах, связанных с контролем подъемных канатов с помощью магнитометрических датчиков, предназначенных для определения связи между количеством изгибов стального каната и величиной индукции его магнитного поля. Авторы связали полученные результаты с тросами, действующими на реальных объектах, что позволило определить их напряжение и состояние. Разработанная авторами методика позволила констатировать изменение значений магнитной индукции в изгибаемом канате после каждого последующего изгиба, что, в свою очередь, позволило оценить количество изгибов каната в зависимости от срока службы. В статье [7] авторы попытались диагностировать состояние коробки передач и указать возможные причины ее неисправной работы. Полученные результаты зафиксированы для пассажирского лифта грузоподъемностью 630 кг. Сигналами, подлежащими мониторингу и анализу, были объем шума, ускорение, частота вибрации и зоны термического влияния. В публикации [8] авторы сделали попытку оценить комфорт пассажиров лифта при мониторинге следующих параметров в различных условиях эксплуатации: ускорения, уровня акустического давления и акустической мощности в кабине пассажирского лифта.Были оценены кабины из разных периодов установки и с разными условиями износа. Оценка состояла из анализа данных, полученных от акселерометра, расположенного в центральной части кабины, и акустических параметров, полученных с помощью анализатора звука, оснащенного датчиком с двойным микрофоном. Авторами предпринята попытка определить влияние технического состояния каркасной системы на значения регистрируемых параметров. Авторы попытались ответить на вопрос, существует ли взаимосвязь между техническим состоянием выбранных компонентов подъемника и уровнем комфорта при движении. В публикации [9] авторы рассмотрели вопрос об энергоэффективности персональных подъемников. Они представили расхождения, возникающие в результате различных стандартов вычислений относительно энергетической эффективности такого подъемно-транспортного оборудования, возникающие в основном из принятого разнообразия алгоритмов и субъективных предположений, которые следует использовать для проведения вычислений. Существенная проблема, на которую они указали, заключалась в том, что теоретический характер таких вычислений был изолирован от реальной эксплуатационной нагрузки объекта.Они представили собственные технические решения, позволяющие измерять реальные эксплуатационные и энергетические параметры лифтов, и одновременно предложили собственную методику определения (расчета) энергетической эффективности лифтов. Еще одна большая область, в которой учёные. были заинтересованы в мониторинге вопросов, связанных с обработкой снятия материала. В публикациях [10,11] авторы наблюдали и влияли на параметры процесса при сверлении, фрезеровании или прокатке, используя для этой цели сигналы, полученные при мониторинге. В публикации [10] авторы использовали преобразование Хуанга – Гильберта для оценки сигналов, полученных при фрезеровании концевой фрезой специальной формы «Hi-Feed». Для контроля состояния обработки авторы использовали виброакустические датчики, регистрирующие вибрацию системы инструмент-объект. Полученные результаты анализа сигналов показали, что существуют амплитуды и частоты эмпирических модальных составляющих, которые позволяют разделить различные элементы вибрации, вызванные явлениями, связанными с системой привода и компонентами машины.На основании полученных сигналов авторы утверждают, что существуют обстоятельства, позволяющие оценить правильность выполнения процесса фрезерования, выбор параметров фрезерования и степени износа фрезы. В материалах конференции [11] авторы представили результаты проектирования и мониторинга процесса бурения. Для этого они применили виброакустические датчики и использовали полученные сигналы колебаний шпинделя для преобразования Хуанга – Фурье. Во время испытаний авторы смоделировали процесс бурения с различными параметрами обработки и на этой основе классифицировали сигналы, используя спектры Фурье и кривые огибающей сигнала.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *