Э.Т. Брук, В.Е. Фертман - «Ёж» в стакане. Магнитные материалы - от твердого тела к жидкости (1163240), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Именно с помощью прибора, созданного в Гарварде, еще будучи студентом-биологом Дональд Гриффин в 1938 г. впервые обнаружил, что летучие мыши не являются «немыми», а издают множество звуков в ультразвуковом диапазоне. Применение ультразвука в технике условно можно разделить на две области.
Одна из них связана с исследованием свойств и с методами контроля разнообразных сред и процессов. Общее преимущество всех ультразвуковых методов состоит в возможности работы в активных средах, дистанционности и большой чувствительности, что приводит к ничтожно малым интенсивностям зондирующего сигнала (10 '— !0 2 Вт/см2). Это в свою очередь позволяет проводить измерение без воздействия на свойства среды и характер контролируемого процесса. Другая область применений ультразвука основана на воздействии мощного ультразвука на вещество (ультразвуковое резание, сварка, диспергирование твердых и жидких материалов).
Для генерирования и приема ультразвука применяют разнообразные излучатели и приемники. Наиболее распространены электромеханические устройства, в которых ультразвуковая энергия получается преобразованием электрической энергии. Действие магнитострикционных преобразователей основано на периодическом изменении длины ферромагнитного стержня, помещенного в продольное магнитное поле, изменяющееся по синусоидальному закону. В резонансном режиме в стержне возникает стоячая волна частоты и „(и „вЂ” любая из собственных частот стержня). Стоячая волна — это волна, в которой колебания происходят, как и в «бегущей» волне, но эти колебания не перемещаются в пространстве; о собственных частотах колебаний мы уже говорили.
В пьезоэлектрическом излучателе резонанс- ные продольные колебания пьезокварцевой пластинки возбуждаются переменным электри- ЧЕСКИ М ПОЛЕМ. Общим недостатком электромеханических излучателей является возникновение усталостных напряжений, приводящих к их разрушению. Мы уже видели, что распределение давления в непОдвижнОй маГнитнОЙ жид~Ости зависит от конфигурации приложенного поля. Значит, изменяя периодически со временем градиент напряженности поля, можно возбудить в жидкости упругие колебания.
Условие наступления резонанса определяется геометрией системы, если рассматривать границы объема жидкости как резонатор. В таком излучателе отсутствуют механические напряжения, и срок его работы не будет ограничиваться усталостными процессами. Экспериментальное исследование резонансного режима генерации ультразвуковых колебаний в цилиндрическом резонаторе, заполненном магнитной жидкостью, показало высокую добротность системы, которая в отдельных случаях достигает значения, сравнимого с добротностью электромеханических излучателей (добротность характеризует быстроту затухания колебаний излучателя, когда они не поддерживаются извне).
Магнитные жидкости могут применяться также для генерации синусоидального сигнала по давлению вследствие линейнои зависимости их намагниченности при малых напряженностях поля. Схема такого генератора изображена на рис. 37. Вместо диафрагмы используется капля магнитной жидкости в переменном магнитном поле, создаваемом соленоидом, через который течет синусоидальный ток: Н=Н сови1. Величина действующей на единичный объ- ЮМ МЗГНИТНОЙ СИЛЫ ИМ6ЕТ ВИД Рнс. 37. Генератор синусоидальиых импульсов давле- НИЯ В ЖИДКОСТИ: 1 — мектромагннт; 2 — полиэтиленовая трубка; 8 — каучуковая трубка; 4 — кольцо; б — датчик; 6 — вода; 7 — магнитная жидкость;  — источник тока.
Тогда сила, втягивающая каплю в область сильных полей, будет изменяться по закону 1Р„,! = "'" + "'" Н' сов 2и1, а возвращающая сила создается атмосферным давлением. Устройство оказалось работоспособным в диапазоне частот от 0 до !00 Гц и может при- 230 меняться для динамической градуировки тоно- метров в клинических условиях. Ниже мы расскажем о других предложениях по применению маГнитной жидкОсти 8 медицине. ОБ ЭТОМ НЕ ЗНАЛ ГИППОКРАТ Выдающийся врач Древней Греции Гиппократ одним из первых описал методы лечения различных болезней и особенно подробно— хирургические.
Магнитные жидкости могут найти применение и в хирургии. Известно, что при операциях истечение крови из разрезанных сосудов предотвращают с помощью специальных зажимов. Фиксация магнитной жидкости в области сильного поля, используе. мая в подшипниках и уплотнениях, может служить основой для амагнитожидкостного зажима». Если расположить постоянный магнит в том месте, где хирург должен делать разрез, то пробка из магнитной жидкости, введенной шприцем в вену или артерию, будет перекрывать ток крови после разреза. Другие применения магнитных жидкостей й медицине связаны с ее движением под действием неоднородного магнитного поля.
Например, можно перемещать с помощью поля в организме ферменты, заполняющие вместе 231 со взвешенными магнитными кодлоиднцми частицами мельчайшие полимерные сферы диаметром 0,2 — 2 мкм. После завершения химической реакции, для которой ферменты служат катализаторами, они отводятся также магнитным полем. Таким же способом можно концентрировать коллоидные частицы железа, что связано с проблемой локализации лекарственных препаратов.
Возможность доставлять лекарство непосредственно к органу, который нуждается в нем в наибольшей степени, позволяет достичь высокой локальной концентрации и не дать препарату попасть в те области организма, в которые, возможно, ему попадать не следует. Еще одно применение магнитной жидкости в медицине относится к лечению аневризмы головного мозга. Аневризма — выпуклость в стенках сосудов — может разрываться, что сопровождается кровоизлиянием и во многих случаях приводит к смерти больного. Хирургический метод лечения артериальной аневризмы весьма сложен и опасен. Другой путь— укрепление ослабленной стенки сосуда искусственным путем. Один из способов такого лечения — введение иглой колл оидного раствора железа в аневризму и удержание его на стенке неоднородным полем маленького керамического магнита, который прикреплен к концу иглы.
Магнитные частицы способствуют свертыванию крови на стенке аневризмы и образованию тромба, укрепляющего стенку. Кроме того, известны предложения о применении магнитных жидкостей в качестве управляемого рентгеноконтрастного вещества для исследования скорости движения крови. 232 УРОКИ СКОРОНИСИ Ф Прилежные студенты, записывающие все слова лектора, с удовольствием увеличили бы скорость написания своих конспектов. Как бы они ни тренировались, однако скорости современного телеграфного аппарата им все равно не достигнуть. Игла телеграфного аппарата успевает записать за одну минуту около 2000 строк, причем инженеры, разрабатывающие эти аппараты, стремятся увеличить количество строк до 5000.
Препятствует этому механический способ нанесения чернил (в момент касания бумаги иглой чернила поступают из ее тончайшего капилляра): игла при такой скорости быстро ломается, кроме того, метка на бумаге получается не очень качественной. Поэтому попробовали заменить контактную запись струйной и управлять отдельными каплями электростатическим полем. Но при записи этим способом возникла проблема: высоковольтная электроника в аппарате создавала электрические поля, которые взаимодействовали с заряженными каплями во время их перемещения. Магнитное поле также может управлять течением жидкости.
Жидкости, реагирующие на магнитное поле, известны— это магнитные жидкости. На их основе были приготовлены чернила. Струйка, вытекающая под ,давлением из питательного клапана, управляется двумя корректирующими соленоидами, создающими неоднородное поле в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Время действия системы уменьшится, если дополнительно ' ввести элемент, разделяющий струи на отдельные капли. Устройство может работать по заданной программе с помощью контроллера, который координирует работу питательного клапана и отклоняющих блоков для поддержания оптимального режима записи.
Скорость подачи жидкости легко регулируется давлением в канале, из которого она истекает, а возможность менять величину напряженности поля на соленоидах практически вообще не ограничена временными соображениями — она определяется скоростью изменения величины пропускаемого тока. Так что скорость амагнитного письма» намного выше обычного.
(. действием магнитного поля на капельки магнитной жидкости связано еще одно ее применение. Теперь никого не удивишь часами с индикатором на жидких кристаллах. Но, наверное, не все знают, что подобный индикатор можно сделать на магнитной жидкости. Магнитная жидкость (непрозрачная) перетекает из одной ячейки, заполненной прозрачной жидкостью, в другую под действием пульсирующего магнитного поля.
Контактирующие жидкости не смешиваются. В результате заполнения в заданном порядке ячеек каплями непрозрачной магнитной жидкости на индикаторе могут быть индуцированы числа от О до 9. Размеры отдельных блоков такого индикатора составляют'ваего лишь несколько миллиметров. ЖАР КОСТЕЙ НЕ ЛОМИТ? Ранее мы уже писали о создании вращающимся полем макроскопического движения магнитной жидкости. Назовем это движение ротацненним, так как поле вовлекает весь объем жидкости во вращение (ротацию). Это движение магнитнои жидкости можно использовать для охлаждения различных технических устройств, работающих при повышенных температурах. Возьмем трехфазный электрический двигатель, вал которого может совершать полезную работу, например приводить во вращение насос, качающий воду из скважины.
Нагрузка на валу определяет величину тока, питающего катушки статора двигателя, которая ограничена температурой разогрева обмоток. Предел по температуре устанавливается из условия сохранности изоляции обмотки. Если его превысйть, то лишний «жар» приведет к растрескиванию изоляции, ее повреждению и в конечном счете к перегоранию обмотки из-за короткого замыкания. Для того чтобы снизить температуру обмотки, надо интенсивно ее охлаждать. Применение внешнего водяного охлаждения по сравнению с естественным воздушным резко интенсифицирует отвод тепла с корпуса двигателя. Но в высоконагруженных двигателях, которые приводят в действие скважинные насосы или шахтные врубовые комбайны, этого оказалось недостаточно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
