постоянное поле переменное поле
Постоянное поле переменное поле
В этой статье автор раскрывает содержание этого электромагнитного поля и дает теоретическое обьяснение его свойствам с позиций классической электродинамики. Чтобы понять как устроенно электромагнитное поле, которое создается трансформатором Тесла или качером Бровина, или другими генераторами свободной энергии необходимо иметь представление о переменном электрическом статическом поле и о переменном положительном и отрицательном магнитном поле , которые создаются токами смещения, открытые Максвеллом.
. Переменное магнитное поле.
Поднесем с обоих сторон к краю вращающегося вертикально медному диску Фарадея на то же расстоянии по одинаковому магниту но с противоположноми полюсами. Другими словами мы заключили вращающийся диск Фарадея между двумя противоположными полюсами двух магнитов. Эффект будет тот же самый, если вращающийся диск расположить внутри подковообразного магнита как это делал Фарадей. В этом случае мы получим синхронизированные колебания положительной и отрицательной напрядженности, которую мы имели в 1-ом и во 2-ом случаях. Но из классической электродинамики мы знаем, что колебания по величине магнитной напряженности поля вызывает индукционный переменный по величине ток, который при своем движении создает электрическую напряженность поля. Отсюда следует, что колебания магнитной напряженности, которые мы рассмотрели раньше, переходят в колебания электрической напряженности.
Если рассматривать магнитные колебания напряженности графически относительно осей Х и У, то мы получим как бы стоячую синусоидальную волну над осью Х будут лежать положительные колебания магнитной напряженности, имеющие место в примере первом, а под осью Х будут лежать отрицательные колебания имеюшие место во 2-ом примере. Хотя по виду этот график совпадает с графиком стоячей волны, на самом деле или в реальности это есть поляризированные магнитные колебания напряженности, которые в своей совокупности образуют поляризированные колебания электромагнитного поля данного вида.
В рассматриваемых нами положительных и отрицательных магнитных колебаний период каждого колебания совпадал с его продолжительностью, но если продолжительность магнитного колебания намного меньше чем период колебания, то наша «синосуидальная стоячая волна» превратится в поляризированное колебание импульсов. Ниже мы покажем эти колебания на осцилографе.
Переменное электростатическое поле.
До сих пор физики были знакомы только с электростатическим полем, которое образуется зарядом. Они назвали его так потому что величина и полярность его заряда все время остается постоянной. По этой причине, если положительный заряд
+Q образует вокруг себя положительное поле, то напряженность этого поля для всех точек, лежащих на одинаковом расстоянии от заряда будет одинаковая. Но в реальности оказалось, что существуют электростатические поля, во всех точках которого происходят колебания их напряженностей. Поэтому, чтобы отличить такие электростатические поля от общепринятых, мы должны более определенно их характеризовать.
По этой причине общепринятое название «электростатическое поле» теряет свою однозначность и требует дальнейшей конкретизации. Так рождаются новые определения. Наше старое определение электростатического поля распадается на два определения: постоянное электрическое положительное поле и постоянное электрическое отрицательное поле. Где слово «постоянное» относится к величине электрической напряженности, которая не меняется в любой точке этого поля, хотя и имеет для разных точек разную величину. А слова «положителное» и «отрицательное» характеризует полярность этого поля.
Далее постоянному электрическому положительному полю противопоставляется переменное электрическое положительное поле а постоянному электрическому отрицательному полю противопоставляется переменное электрическое отрицательное поле.
Мы уже показали выше как колебания положительной и отрицательной магнитной напряженности переходят в колебания положительной и отрицательной электрической напряженности, а последние и образуют переменное электростатическое поле, т.е. переменное электрическое положительное поле и переменное электрическое отрицательное поле.
Но такое переменное электростатическое поле можно получить не только на диске Фарадея, вращающегося в магнитном поле подковообразного магнита, но и при вращении самого заряда
Магнитное поле
Магнитное поле — это векторное поле вблизи магнита, электрический ток или изменяющееся электрическое поле, в котором наблюдаются магнитные силы. Возникает всякий раз, когда заряд находится в движении. Чем больше заряда приводится в большее движение, тем больше увеличивается сила магнитного поля.
В чем измеряется сила
Поскольку магнитное поле является векторной величиной, для его измерения используется сила (измеряется напряжение при помощи магнитометров и других приборов) и направление (определяется с помощью компаса).
Величина индукции измеряется в Теслах (Тл, Т). В системе сантиметр-грамм-секунда измерение происходит в Гауссах (Гс, G). Напряженность определяется в Амперах на метр (А/м) и в Эрстедах (Э, Oe).
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Магнитное поле измеряется в:
Гауссметры используют для измерения, к примеру, поля магнитов и соленоидов. Миллигауссметры требуются для выяснения малых постоянных магнитных полей в узких областях, переменного тока AC.
Для точного и быстрого вычисления постоянных и переменных полей нужен магниторметр. Для измерения индукции требуется тесламетр-веберметр, а чтобы измерить поля Земли, берут такой прибор как миллитесламетр.
Свойства линий магнитной индукции
Магнитные области представлены силовыми линиями, которые движутся от северного полюса магнита, возвращаясь назад к южному полюсу. Каждая линия представляет собой замкнутую непрерывную кривую.
Линии — это инструмент, используемый для описания вида магнетизма. Сами по себе они невидимы, потому что не являются материальными объектами. Л инии нигде не начинаются и не останавливаются.
Их плотность уменьшается по мере удаления от полюсов. Например, на полюсах магнита линии смещены друг к другу или более плотные. Дальше, где поле слабое, они разветвляются, становясь менее плотными.
Источники магнитного поля
У магнетизма есть свои основные источники. Земля является самым большим из них. Магнитное поле воздействует на частицы за счет силы Лоренца. Движение электрически заряженных частиц и способствует возникновению магнетизма.
Источники магнитного поля:
Все эти материалы провоцируют магнетизм. Например, постоянные магниты, сделанные из таких материалов, как железо, испытывают сильнейшее воздействие, известное как ферромагнетизм.
Известен также диамагнетизм, который вызван орбитальным действием электронов, создающих крошечные токовые петли. Диамагнетизм демонстрирует такой компонент, как пиролитический углерод, вещество, похожее на графит и висмут.
Еще одно явление — парамагнетизм — возникает, когда материал временно становится магнитным при очень низких температурах. Другие, более сложные формы включают антиферромагнетизм, при котором магнитные поля атомов или молекул выстраиваются рядом друг с другом; и поведение спинового стекла, в котором участвуют как ферромагнитные, так и антиферромагнитные взаимодействия.
Характеристики магнитного поля:
Все состоит из атомов, и у каждого атома есть ядро, состоящее из нейтронов и протонов с электронами, которые вращаются вокруг него. Сила, действующая на электрические токи в проводах в магнитном поле, лежит в основе работы всех электродвигателей. Использование магнетизма при изготовлении телефонов, телевизоров и других электронных приборов осуществляется повсеместно.
Определение постоянного и переменного магнитного поля
Постоянное магнитное поле — область, где значение вектора магнитной индукции в каждой точке не изменяется со временем.
Постоянное магнитное поле представляет собой притяжение железных предметов в течение длительного периода времени. Если взять дощечку и поместить на нее постоянный магнит, он повернется в определенном направлении. Это можно использовать для ориентации в пространстве.
Когда замыкаешь электрическую цепь и по проводнику течет ток, стрелка компаса отклоняется. Таким образом, была доказана взаимосвязь между током и магнитной стрелкой (опыт Эрстеда).
Источником постоянного магнитного поля являются постоянные электрические токи. Формируется поле вокруг неподвижного магнита или неподвижного проводника с постоянным током.
Переменное поле — всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а то в свою очередь связано с ним. Вместе они образуют электромагнитное поле.
Переменное магнитное поле — область, которая получается при движении магнита или проводника с постоянным током относительно наблюдателя.
Соответственно в пространстве, окружающем неподвижный проводник с изменяющимся током, магнитное поле по условиям тоже изменяется.
Постоянное поле переменное поле
1. Электростатическое (Постоянное) Электрическое Поле
Далее, всем физикам известно, что при перемещении заряда по замкнутому пути работа электрических сил равна нулю.
Из этих положений следует, что если пробный заряд вращается по окружности вокруг заряда q в центре, то все напряженности на этой окружности равны по величине, и все потенциалы на ней равны по величине. Такое перемещение пробного заряда представляет собой замкнутый путь и поэтому работа электрических сил равна нулю. Но последнее справедливо и для заряда перемещающегося по элипсу.
2. Постоянное Электромагнитное Поле
Пример 1. Возьмем тот же заряд q и начнем вращать его вокруг его оси. Так как его электростатическое поле жестко связано с самим зарядом, то оно начнет вращаться вместе с зарядом с такой же угловой скоостью как и заряд. Разберем этот случай более подробно. Что в этом случае происходит с зарядом q и с электрическим полем, которое оно образует.
W может быть определена как частота вращения электростатического поля и может быть выражена в Герцах.
Почему электрическое поле заряда, вращающегося вокруг своей оси, мы называем постоянным полем
Во-первых, при постоянной угловой скорости вращения этого поля, его напряженности в любой точке не изменяются по величине. То же самое можно сказать и о потенциалах.
Во-вторых, напряженности и потенциалы точек, которые лежат на одинаковом расстоянии от центра вращения этого поля, т.е. образуют окружность с зарядом q в центре, всегда имеют одинаковую величину соответственно.
В-третьих, работа электрических сил по перемещению пробного заряда в этом поле вычисляется по тем же правилам что и в электростатическом (постоянном) поле. Поэтому, если пробный заряд перемещается по замкнутому пути, то работа электрических сил равна нулю.
Различие между электростатическим полем и постоянным, создаваемого, вращающимся зарядом вокруг своей оси
Далее наше электродинамичное поле должно обладать и более сильным магнитным полем чем электростатическое поле по следующим соображениям. Каждый электростатический заряд содержит в себе магнитное поле, но оно слабо проявляет себя по той простой причине, что внутри заряженного тела элементарные носители зарядов (электроны) находятся в хаотическом движении и поэтому результирующая их магнитных полей имеет наименьшее значение. Но как только движение этих зарядов становится упорядочным под действием приложенных внешних сил, то результирующая их магнитных полей увеличивается в той мере в какой увеличивается их упорядочное движение. Если действие сил на элементарные заряды прекращается или уравновешивается, то опять возникает их хаотичность движения. Поэтому для возникновения магнитного поля вокруг заряда, последний должен двигаться с ускорением. Вращающийся вокруг своей оси заряд с постоянной угловой скоростью представляет собой ускоренное движение «потому что вектор скорости обьекта постоянно меняет направление».
Интересно заметить, что наше электродинамическое поле в одно и то же время в любой его точке будет иметь постоянную электрическую и магнитную напряженность определенной величины, зависищую от частоты его вращения.
Таким образом это электродинамическое поле в самом простом виде представляет собой постоянное электромагнитное поле, где обнаруживается относительная независимость существования магнитного и электрического поля.
3. Переход постоянного электромагнитного поля в переменное электромагнитное
До этого момента я показал как электростатическое (постоянное) поле переходит в свою противоположность электродинамическое постоянное поле, которое по сути своей является постоянным электромагнитным полем.
Пример 2. В этом параграфе я покажу как постоянное электромагнитное поле тоже переходит в свою противоположность, а именно: переменное электромагнитное поле.
Таким образом напряженность в точках А и В изменялась от максимума до минимума ( от Еа1 и Ев1 до Еа2 и Ев2) при удалении от них заряда и при его приближении к ним от минимума до максимума, т.е ( от Еа2 и Ев2 до Еа1 и Ев1). Если этот процесс передвижения заряда из точки Р в точку М и наоборот повторить многократно, то величина напряженностей в этих точках будут колебаться от максимума до минимума и наоборот.
Такие же колебания будут испытывать и магнитные напряженности в этих точках, основываясь на той же логике, поэтому я останавливаться на этом не буду. Только замечу, что максимальные значения магнитной и электрической напряженности в этих точках существует одновременно. Такое же утверждение справедливо и для их минимального значения. На основе этого можно утверждать, что электрическая энергия этих полей не переходит в магнитную энергию и наоборот.
Этот простой пример с передвижением вращающегося заряда по прямой линии МР туда и обратно наглядно показывает как постоянное электромагнитное поле превращается в переменное электромагнитное поле. Здесь интересно отметить, что изменение напряженностей во всех точках такого поля происходит одновременно, потому что вместе с зарядом передвигается и само поле, которое поэтому одновременно меняет величину напряженности в любой точке пространства, в котором оно распространяется.
Следовательно, при таком образовании электромагнитного поля мы не наблюдаем передачи энергии от одной напряженности, например в точке А к другой напряженности в точке В. Здесь мы имеем дело с естественным колебанием величины напряженности переменного электромагнитного поля без перемещения энергии в пространстве этого поля.
Такой путь образования переменного электромагнитного поля является упрощенным, но он делает этот процесс наглядным и общедоступным для понимания.
А теперь перейдем к более реалистичному образованию такого поля.
Образование переменного электромагнитного поля электрическим зарядом, вращающегося по окружности
Пример 3. В отличии от примера 2 я буду наш вращающийся вокруг своей оси заряд q перемещать равномерно не по линии МР а по окружности, на которой будут лежать те же самые точки М и Р. Другими словами, этими точками обозначается диаметр этой окружности с центром О.
Когда наш заряд находится в точке окружности Р, т.е. на ближайшем расстоянии от точек А и В, то в этих точках электрическая и магнитная напряженность будет максимальной для каждой точки, Еа1 и Ев1.
Если мы начнем перемещать наш заряд от точки Р в верх по окружности, то этот заряд будет удаляться от точек А и В до тех пор пока не достигнет противоположной точки М на диаметре этой окружности. В этом случае, наш заряд будет отстоять от наших точек А и В на максимальном расстоянии и поэтому их электрическая и магнитная напряженность будет минимальная, Еа2 и Ев2. При дальнейшем перемещении нашего заряда по окружности он начнет приближаться к точкам А и В до тех пор пока не достигнет точки Р на окружности, т.е. будет на ближайшем расстоянии от наших точек А и В. В течение этого движения заряда магнитная и электрическая напряженнсть в точках А и В будут возрастать и достигнут своего максимального значения, когда наш заряд будет в точке Р.
Нетрудно заметить, что в течении одного оборота заряда по окружности магнитные и электрические напряженности в точках А и В совершили полное колебание от максимума до минимума и наоборот. Если мы будем вращать постоянно наш заряд со скоростью 2 или 10 оборотов в секунду, то частота колебаний наших напряженностей в этих точках А и В будет равна 2 или 10 Герцам. Таким образом мы получили то же самое переменное электромагнитное поле, которое мы описали в примере 2.
Пример 4. Мы показали в примере 3, в котором сохраняются все условия примера 2 ( тот же заряд со вращением вокруг своей оси) для того, чтобы физики видели как при сохранении старых условий заряда но при появлении дополнительных (движение заряда влево и вправо от точки его покоя), постоянное электромагнитное поле переходит в свою противоположность переменное электромагнитное поле.
После этого я условия образования переменного электромагнитного поля несколько изменю в примере 4, сохраняя суть этого процесса.
Для иллюстрации я воспользуюсь тем же рисунком 1, потому что мы сохраняем все старые условия за исключением одного: теперь наш заряд q не будет вращаться вокруг своей оси но будет вращаться по окружности с такой же угловой скоростью как заряд вращался вокруг своей оси. Тогда за один оборот заряда по окружности наш заряд совершит 1 оборот вокруг своей оси. Если этот эаряд будет вращаться по окружности со скоростью 1000 или 10000 оборотов в секунду, то q совершит столько же оборотов вокруг своей оси в 1 секунду, т.е. 1000 или 10000. В то же самое время наши магнитные и электрические напряженности будут колебаться с частотой 1000 или 10000 Герц. Из этих условий видно, что процесс образования переменного электромагнитного поля в примере 4 нисколько не изменился, потому что в нем сохранились основные условия образования ПЭПа в примере 3 и 2.
Ускоренное движение заряда и электромагнитная волна
В классической электродинамике существует положение, что при ускоренном движении заряда, последний излучает электромагнитную волну. Это положение не совсем точно. Как я показал выше, заряды, вращающиеся вокруг своей оси или вращающиеся по окружности образуют электромагнитное поле, в котором отсутствует передача энергии в пространстве этого поля, что характерно для электромагнитной волны (ЭМВ).
До настоящего времени в физике господствует представление, что ЭМВ распространяется в пространстве благодаря тому, что в ней происходят колебания: электрическая энергия переходит в магнитную, и наоборот. Такое ложное представление у физиков создалось на примере колебательного контура, конденсатор с катушкой индуктивности, где при разрядке конденсатора электрическая энергия превращается в магнитную вокруг катушки индуктивности, а затем магнитная энергия переходит в электрическую, перезаряжая обкладки конденсатора.
На самом деле здесь электрическая энергия конденсатора затрачивается на упорядочное движение электронов в цепи, в результате которой и возникает суммарное магнитное поле электронов, хотя электроны обладали этим магнитным полем и раньше. Если бы электроны не обладали магнитным полем, то никакого превращения не было бы. Когда ток максимальный, то упорядочность электронов максимальная, а потому максимально и магнитное поле. В это время электрическая энергия конденсатора рана 0. Действие электрических сил со стороны конденсатора на электроны прекращается. По этой причине начинается уменьшение тока в цепи, что ведет к уменьшению упорядочности электронов а это вызывает уменьшение магнитного поля вокруг индукционной катушки. Энергия, которую затратил конденсатор на упорядочность электронов, которые в свою очередь образуют магнитное поле, энергия которого равна электрической энергии, теперь возвращается последними, когда они возвращаются к своему хаотичному движению. А так как конденсатор является накопителем электрической энергии, то эта возвращающаяся энергия и накапливается в конденсаторе до его прежнего уровня при идеальных условиях. Происходит перезарядка конденсатора. Этот процесс и создал иллюзорное представление о непосредственном переходе электрической энергии в магнитную и обратно. Причем это ложное представление воспринял и Максвелл, перенеся его на ЭМВ в пространстве, где отсутствует проводник с током, который опосредствует превращение электрической энергии в магнитную и обратно.
Резюмируем основные положения в этой статье.
Во-первых, один и тот же заряд при определенных условиях создает различные виды электрических полей: электростатическое, постоянное электромагнитное и переменное электромагнитное поле. Другими словами, любое электрическое поле создается только зарядом в состоянии покоя или его кругового движения. В природе не может существовать заряда без поля, и наоборот, поля без заряда. Хотя в современной физике утверждается, что электромагнитная волна является причиной возникновения переменного электромагнитного поля.
Во-вторых, что в переменном электромагнитном поле не происходит превращения электрической энергии в магнитную, и наоборот.
В-третьих, ЭМВ есть не что иное как возбуждение электромагнитного поля, которое создается на уровне атома в звездах и планетах. Это возбуждение передается в электромагнитном поле со скоростью 300000 км/сек.
В-четвертых, как мы видим,с признанием независимого существования электромагнитного поля от ЭМВ легко обьясняются многие процессы в физике, которые раньше или неправильно толковались или не могли быть обьяснены с общепринятых позиций.
Лекция 10 Постоянное и переменное магнитное поле. Действие магнитных полей на биологические объекты
ПОСТОЯННОЕ И ПЕРЕМЕННОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ.
ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ
10.1 Магнитное поле и его характеристики.
10.1. Магнитные свойства вещества.
10.1. Действие постоянного магнитного поля на биологические объекты
10.4. Действие переменного магнитного поля на биологические объекты
Магнитное поле – особый вид материи, создаваемый только движущимися электрическими зарядами или переменным электрическим полем и действующий только на движущиеся заряды (намагниченные тела).
Сила, с которой магнитное поле действует на движущийся заряд, называется силой Лоренца
. (9.1)
Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера
. (9.2)
Количественной характеристикой магнитного поля служит магнитная индукция – векторная физическая величина, численно равная отношению максимального значения модуля силы Ампера, действующей на проводник с током, к величине тока в проводнике и его длине:
. (9.3)
Направление вектора магнитной индукции определяют по правилу буравчика (правого винта), а так же по правилу левой руки:
если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входил вектор магнитной индукции, а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый на 900 большой палец покажет направление силы Ампера.
Основной единицей измерения магнитной индукции в СИ является тесла (Тл).
Для изображения магнитного поля применяют линии магнитной индукции – линии, касательные к которым в любой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции в этой же точке. В отличие от линий напряженности электрического поля линии магнитной индукции всегда замкнуты.
Магнитное поле проводника с током произвольной формы находят как векторную сумму магнитных полей отдельных элементов:
. (9.4)
Если в какой – то части пространства вектор магнитной индукции во всех точках имеет одинаковое значение по модулю и направлению, то магнитное поле в этой части пространства называют однородным.
Магнитное поле постоянно, если значение вектора магнитной индукции в каждой его точке не изменяется со временем. Такое поле существует вокруг неподвижного проводника с постоянным током или вокруг неподвижного магнита.
Переменное магнитное поле получается при движении магнита или проводника с постоянным током относительно наблюдателя, а также, если меняется величина тока в проводнике (направление тока).
Тело, находящееся в магнитном поле, намагничивается – создает собственное магнитное поле.
Для характеристики способности вещества изменять силу магнитного взаимодействия используют физическую величину 
, называемую относительной магнитной проницаемостью среды, показывающей во сколько раз сила взаимодействия токов в данной среде больше, чем в вакууме.
Таким образом, магнитная индукция зависит от свойств среды, в которой создается магнитное поле. Чтобы охарактеризовать само магнитное поле в какой – либо точке пространства независимо от влияния среды, используют векторную физическую величину, называемую напряженностью магнитного поля, модуль которой численно равен
. (9.5)
где 
= 
Н/А2 магнитная постоянная – магнитная проницаемость вакуума.
Основной единицей измерения напряженности магнитного поля в СИ является А/м.
В зависимости от значения м все вещества по магнитным свойствам разделяют на ферромагнетики (
), диамагнетики (
) и парамагнетики (
).
Магнитные свойства различных тел обусловлены орбитальным движением электронов вокруг ядер атомов, а также спином электронов. Поэтому атомы электронов можно рассматривать как микроконтуры с микротоками, образующие собственные магнитные микрополя. Микрополя характеризуются собственными магнитными моментами. В атомах и молекулах магнитные моменты отдельных электронов, складываясь геометрически, образуют общий магнитный момент атома или молекулы. Векторная сумма магнитных моментов атомов или молекул в единице объема вещества характеризуется вектором намагниченности, модуль которого численно равен
, (9.6)
где 
— магнитная восприимчивость вещества – величина, численно равная намагниченности единицы объема вещества.
У диамагнетиков взаимная ориентация орбит электронов в атомах или молекулах приводит к их полной взаимной компенсации, а все электроны являются спаренными (спины противоположны по знаку), в результате чего полный магнитный момент равен нулю.
При наложении внешнего магнитного поля на диамагнетики, электронные магнитные моменты молекул изменяют свою ориентацию и, складываясь, образуют собственное магнитное поле, ослабляющее внешнее магнитное поле. Поэтому диамагнитное тело выталкивается из магнитного поля. К диамагнитным веществам относятся: висмут, серебро, медь, фосфор, сера, углерод, вода, углеводы, белки и многие органические соединения организма.
У парамагнетиков полной компенсации магнитных моментов электронной атомов не происходит – они больше нуля. Однако благодаря хаотичной ориентации в пространстве магнитных моментов в отсутствии внешнего поля намагниченность парамагнетиков отсутствует, то есть они не образуют собственного магнитного поля.
У парамагнетиков под действием внешнего поля происходит ориентирование собственных магнитных моментов атомов или молекул вдоль силовых линий внешнего поля так, что внешнее поле усиливается собственным полем парамагнитного тела. Парамагнитное тело втягивается в магнитное поле. К парамагнитным телам относятся воздух, алюминий, платина, щелочные и щелочноземельные металлы и элементы группы железа.
Особое место среди парамагнетиков занимают ферромагнетики. Необычные свойства ферромагнетиков обусловлены тем, что в их структуре имеются зоны, где магнитные моменты атомов или молекул имеют одинаковую ориентацию. Это явление называется спонтанным намагничением, а зоны – доменами. При наложении внешнего поля происходит ориентирование в соответствии с полем магнитных моментов доменов. В результате возникает собственное магнитное поле вещества большой силы, которое сохраняется и после прекращения действия внешнего поля. Последнее явление называют остаточным намагничиванием и используют для образования искусственных и естественных постоянных магнитов. К ферромагнетикам относятся железо, никель, кобальт, стали и другие сплавы.
Тепловое движение разрушает ориентировку доменов у ферромагнетиков, но в гораздо меньшей степени, чем у парамагнетиков. Температурная точка, при которой конкретный ферромагнетик теряет свои магнитные свойства, называется точкой Кюри (для железа точка Кюри 7000С).
Ткани организма в значительной степени диамагнитны, подобно воде. Однако в организме имеются и парамагнитные вещества, молекулы и ионы. Ферромагнитных частиц в организме нет. Биотоки, возникающие в организме, являются источником слабых магнитных полей. В некоторых случаях индукцию таких полей удается измерить. Так, например, на основании регистрации временной зависимости индукции магнитного поля сердца (биотоков сердца) создан диагностический метод – магнитокардиография. Так как магнитная индукция пропорциональна силе тока, а сила тока (биоток) согласно закону Ома пропорциональна напряжению (биопотенциал), то магнитокардиограмма аналогична электрокардиограмме. Однако, магнитокардиография, в отличие от электрокардиографии, является бесконтактным методом, ибо магнитное поле может регистрироваться и на некотором расстоянии от биологического объекта – источника поля.
Какие – либо физиологические эффекты можно получить только при превышении уровня напряженности геомагнитного поля в тысячу раз. Пороговая чувствительность организма к постоянному магнитному полю составляет 8 мТл.
Постоянное магнитное поле оказывает воздействие на биологические системы, которые в нем находятся. В научной литературе имеются сведения о морфологических изменениях у животных и растений после пребывания в постоянном магнитном поле, влиянии на нервную систему, изменении характеристик крови. В настоящее время физическая природа воздействия постоянного магнитного поля на живые объекты активно изучается.
Первичными физическим процессами при действии постоянного магнитного поля на организм могут являться:
1) магнитогидродинамическое торможение циркуляции крови и других жидкостей. В биологических жидкостях, представляющих собой проводники, при движении в магнитном поле возникают индукционные токи, которые тормозят движение проводника;
2) при прохождении электрических импульсов по нервному волокну на них действует сила Ампера, под влиянием которой волокно смещается и изгибается, появляется ток самоиндукции, тормозящий распределение импульса по волокну, вследствие чего искажается форма импульса;
3) многие молекулы обладают магнитным моментом. В магнитном поле на молекулу с магнитным моментом будет действовать механический момент, ориентирующий молекулу в определенном направлении. Изменение ориентации биологически активных молекул в растворах отражается на кинетике биохимических реакций и проницаемости клеточных мембран;
4) на каждый движущийся электрон в проводнике с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Лоренца, вызывающая смещение электрона. В результате поток электронов прижмется к одной грани проводника и зарядит ее отрицательно, одновременно другая грань зарядится положительно и возникнет разность потенциалов. Это явление называется эффектом Холла и наблюдается в кровеносных сосудах;
5) внешнее магнитное поле меняет собственное магнитное поле живого организма.
Практическое применение. Магнитотерапия – использование постоянных магнитов для длительного локального воздействия на пораженную зону пациента. Конкретных сведений о первичном механизме действия в литературе нет. Имеются лишь сведения о различных лечебных эффектах. Относительно достоверными можно считать сведения о растворении различных солевых отложений в зонах подвижного или полуподвижного соединения костей.
В настоящее время с лечебной целью используют устройства разных типов.
1. Магнитоэласты, изготовленные из смеси полимерного вещества с порошкообразным ферромагнитным наполнителем. Наборы эластичных магнитов в корсете создают основу всевозможных радикулитных поясов. Магнитная индукция 8-16 мТл.
1. Магниты кольцевые, пластинчатые, дисковые. Магнитная индукция 60-130 мТл.
1. Микромагниты – намагниченные иглы, шарики, клипсы (для магнитопунктуры). Магнитная индукция 60-100 мТл.
4. Пластинчатые магниты используют в виде браслетов, носимых на запястье пациента. Магнитная индукция 20-70 мТл.
Кроме того, различные сильные постоянные магниты применяются в клинической, особенно хирургической практике для извлечения магнитных инородных тел.
Переменное магнитное поле обязательно порождает переменное электрическое поле.
Если проводящее тело оказывается в переменном магнитном поле, то в нем индуцируются вихревые токи. Если таким телом является организм млекопитающего или часть организма, то возникновение вихревых токов, индуцированных переменным магнитным полем, вызовет нагрев тела.
Количество теплоты, выделяющееся в биологической ткани, находящейся в переменном магнитном поле, пропорционально квадратам частоты и индукции переменного магнитного поля и обратно пропорционально удельному сопротивлению:
, (9.7)
где k – коэффициент, зависящий от конкретных условий облучения.
Импульсная магнитотерапия – лечебное использование импульсов магнитного поля низкой частоты 0,125 – 1000 имп/с магнитная индукция не более 100 мТл. Высокая эффективность данного метода обусловлена пороговой чувствительностью организма 0,1 Тл.
Высокочастотная магнитотерапия (индуктотермия – наведение тепла). Магнитное поле с частотами 10-15 МГц создается с помощью катушки с током, внутрь которой помещают часть тела. Прогрев тканей при индуктометрии различен в зависимости от глубины рассматриваемой точки из-за неоднородности магнитного поля. В результате выделения тепла происходит равномерный локальный нагрев облучаемой ткани на 2-4 градуса на глубину 8-12 см, а также повышение температуры тела пациента на 0,3-0,9 градуса.
При индуктометрии сильнее нагреваются ткани с интенсивным кровоснабжением, например мышцы, то есть ткани, обладающие относительно высокой электропроводностью. Напротив, такие ткани, как жировая, будут нагреваться относительно слабо.
Необходимо отметить, что применение в ветеринарной практике индуктометрии ограничено вследствие сложности проведения дозиметрии. Величину магнитной связи индуктора с тканями обрабатываемого животного определить трудно, поэтому невозможно определить энергию колебаний, поглощенную тканями. В медицине для этого используют субъективный показатель – ощущения пациента.
Вопросы для самоконтроля.
1. Дайте определение магнитного поля.
1. Дайте определение вектора магнитной индукции.
1. Сформулируйте правило для определения направления вектора
4. Дайте определение линиям магнитной индукции и укажите их
отличие от линий напряженности электрического поля.
6. Дайте определение относительной магнитной проницаемости.
7. Дайте определение напряженности магнитного поля.
8. Дайте определение вектора намагниченности вещества.
9. Расскажите о диамагнетиках.
10. Расскажите о парамагнетиках.
11. Расскажите о ферромагнетиках.
11. Расскажите о магнитных свойствах тканей организма.
11. Что такое магнитокардиография?
14. Расскажите о первичных физических процессах при действии
постоянного магнитного поля на организм.
15. Что такое магнитотерапия?
16. Расскажите о действии переменного магнитного поля на организм.
17. Расскажите об импульсной магнитотерапии.
18. Расскажите о высокочастотной магнитотерапии.