Что такое импульсное магнитное поле

При этих начальных условиях решение уравнения (5) представлено в виде:

Из (6) следует, что сила тока равна:

Из формулы (7) следует, что максимальная сила тока в соленоиде получается при

Так, коэффициентом преобразования энергии, которая накапливается в конденсаторе, в энергию магнитного поля служит выражение:

$\eta \approx 1-2\delta t’=1-2\delta \frac<4>\approx 1-\frac<\pi><2>\frac\left( 11 \right).$

Из формулы (11) следует, что для эффективного преобразования энергии электростатического поля в энергию магнитного поля должно выполняться неравенство:

$R\ll Z\left( 12 \right)$.

Получение импульсных магнитных полей на практике

Первым идею генерации импульсного магнитного поля выдвинул и исполнил П. Л. Капица в 1923 году. Ученый получил импульсное магнитное поле 500 килоэрстед и детально исследовал явления в магнитных полях до 320 килоэрстед.

Для генерации импульсного магнитного поля необходимо иметь источник импульсного тока большой силы. К таким источникам можно отнести:

Источник

Что такое импульсное магнитное поле

Аморфные магнетики

14 декабря отмечается День памяти Андрея Дмитриевича Сахарова

Аннигиляция

Физика 2002: итоги года

8 июля исполняется 106 лет со дня рождения Игоря Евгеньевича Тамма, лауреата Нобелевской премии по физике 1958 года.

Подробнее о Нобелевских лауреатах 2003

Углеродные нанотрубки: их свойства и применение

Антенна: внешняя задача теории антенн

Физические основы и методы получения магнитного поля

Импульсные магнитные поля

Принципиальная возможность использовать импульсные магнитные поля для научных исследований связана с тем, что характерные времена многих физических явлений и процессов существенно меньше времени существования импульсного поля, так что для них последнее можно рассматривать как квазистационарное.

Идея метода получения импульсного магнитного поля была высказана П.Л. Капицей в 1923 году и успешно реализована им в последующей научной деятельности. Идея эта очень проста: для генерации сильного магнитного поля необходима очень большая мощность (H

По существу, после того как заряженная батарея конденсаторов замыкается на соленоид, электрическая цепь является колебательным контуром, в котором возникают свободные затухающие колебания тока:

При слабом затухании I₀ можно оценить из баланса энергии:

Из (4) видны пути увеличения максимально достижимого поля, когда возможности конденсаторной батареи исчерпаны. Необходимо уменьшать сопротивление и индуктивность подводящей ток цепи. Для этой же цели иногда охлаждают соленоид жидким азотом. Сопротивление соленоида при этом падает в 10 раз.

Импульсные сильные магнитные поля успешно используются во многих лабораториях. Наиболее известна сейчас магнитная лаборатория в Токийском университете, где были недавно получены поля напряженностью до 10 6 Э при длительности импульса секунды.

Метод, аналогичный описанному, применяется и для получения сверхсильных магнитных полей. Увеличение мощности происходит за счет уменьшения длительности импульса (интервал t перемещается в область микросекунд). Но это одноразовые опыты, так как соленоиды разрушаются. Жертвуя соленоидом и всем, что находится внутри него, удается получать поля 5*10 6 Э. Это рекорд. Он достигнут в Институте атомной энергии РАН в Москве.

Источник

Измерение импульсного магнитного поля

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра физики горных пород и процессов

Методические указания

для выполнения лабораторных работ по курсу

«Электромагнитные процессы»

Методические указания предназначены

для студентов специальности ГФ

Гридин О.М., проф. д.т.н.

Наумов К.И., проф., к.т.н.

Москва, МГГУ, 2011

Оглавление

Работа №1

Измерение импульсного магнитного поля

В= μμ₀Н

Магнитным потокомФчерез некоторую поверхность Sназывается скалярная величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь этой поверхности. Магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром с током равен:

Если контур с током представляет собой катушку (соленоид) диаметром d, то при изменении магнитного потока через катушку на ее концах появится напряжение U:

При гармоническом изменении потока выразим эту формулу через магнитную индукцию:

где Uи Н₀ – амплитуды магнитной индукции и напряженности магнитного поля.

Т.к. ω = 2π/Т, то основная расчетная формула для определения амплитуды поля:

Методика выполнения работы

2. Нажать кнопку «Пуск».

3. Для зарядки конденсатора до U_с (для 1,3 опыта 200 В, для 2,4 – 400 В) нажать на кнопку КН1 «Зарядка».

4. Разрядить конденсатор, нажимая КН2 «Разрядка»

5. Используя полученную осциллограмму найти период импульса (Т) и напряжение датчика (U_д).

6. Вычислить напряженность поля по основной расчетной формуле и занести полученные данные в табл. 1.

7. Построить график зависимости напряженности поля от напряжения на конденсаторе, подобрать аппроксимирующую формулу и сопоставить ее с расчетной.

8. Зарисовать форму импульса магнитного поля с экрана осциллографа и изобразить его на бумаге в координатных осях Н (А/м) и t (время, мс).

9. Используя уравнения Максвелла рассчитать изменение напряженности вихревого электрического поля и построить график в координатных осях Е (В/м) и t.

Рис. 2. Установка для измерения импульсного магнитного поля.

Табл. 1. Результаты вычислений

2. Как время разряда конденсатора связано с его емкостью и индуктивностью катушки?

Источник

Импульсная магнитотерапия

Импульсная магнитотерапия — применение с лечебно-профилактическими и реабилитационными целями импульсных магнитных полей низкой частоты. Сегодня в лечебной практике используются магнитные поля различной интенсивности. Низкоинтенсивные импульсные магнитные поля по своему действию близки к низкочастотной магнитотерапии. Действие же высокоинтенсивных импульсных магнитных полей (ВИМП) имеет ряд особенностей и будет предметом рассмотрения в настоящей статье. К высокоинтенсивной магнитотерапии (ВИМТ) обычно относят воздействия импульсными магнитными полями с магнитной индукцией 1 Тл и выше.

Длительность импульсов не превышает нескольких миллисекунд, а частота следования — нескольких герц. Действующим фактором в данном методе являются вихревые электрические поля (токи), индуцируемые в тканях мощным импульсным магнитным полем. За счет быстрого нарастания вектора магнитной индукции (104 Тл/с) возникающие вихревые электрические поля вызывают движение имеющихся в тканях зарядов, т.е. электрический ток. Плотность индукционного тока тем больше, чем выше скорость изменения магнитного поля. Для магнитных полей, генерируемых аппаратами для ВИМТ, эта скорость на 2-3 порядка больше, чем для магнитных полей, создаваемых генераторами для низкочастотной магнитотерапии; соответственно, больше и плотность наведенных электрических полей, что и обусловливает многие особенности действия этого физического фактора. Плотность наведенного тока зависит также и от электропроводности биологических тканей, которая изменяется в довольно широких пределах (максимальна она у крови и спинномозговой жидкости, минимальна — у сухой кожи и кости). Глубина действия импульсного магнитного поля превышает 4-5 см.

Индукционные электрические токи значительной плотности, наводимые изменяющимся магнитным полем, способны вызывать возбуждение волокон периферических нервов. Вследствие активации слабомиелинизированных волокон индуцированные токи очень низкой частоты способны блокировать афферентную импульсацию из болевого очага (по механизму воротного блока), что определяет один из механизмов обезболивающего действия ВИМТ. Под влиянием этих полей отмечается возбуждение и толстых миелинизированных волокон, что сопровождается сокращением иннервируемых ими скелетных мышц. Кроме того ВИМП за счет наведения импульсных токов вызывают ритмическое сокращение миофибрилл скелетной мускулатуры, гладких мышц сосудов и внутренних органов (эффект миомагнитостимуляции).
По данным миографических исследований, магнитостимуляция оказывает более сильное и длительное возбуждающее действие на мышечную систему, чем электростимуляция. Индуцированный импульсным магнитным полем ток вызывает возбуждение вегетативных ганглиев и волокон, что определяет возможность трофических влияний фактора на органы и сосуды.
Согласно имеющимся данным импульсные магнитные поля вызывают усиление локального кровотока и микроциркуляции, стимулируют обменные процессы в тканях и метаболизм клеток, ускоряют процессы репаративной регенерации поврежденных тканей и значительно улучшают их трофику. Например, в поврежденном нерве регенерация нейронов происходит в 5 раз быстрее, если применяется ВИМП, а число осложнений в виде образования невром заметно уменьшается.

Вызываемое ВИМП улучшение кровообращения и микроциркуляции способствует удалению продуктов аутолиза клеток из очага воспаления и, как следствие, уменьшает воспалительную реакцию. Под воздействием импульсного магнитного поля высокой интенсивности изменяются заряд клеток, дисперсность коллоидов и проницаемость клеточных мембран, что приводит к уменьшению отека воспаленных и травмированных тканей. Многие авторы подчеркивают, что по степени выраженности противовоспалительного, стимулирующего и обезболивающего действия ВИМТ значительно превосходит все известные виды низкочастотной магнитотерапии.
В последние годы ВИМП используются для транскраниальной магнитостимуляции в связи с их активным влиянием на отдельные структуры мозга.

Основными лечебными эффектами ВИМТ являются:

Первые отечественные аппараты для ВИМП начали выпускаться в Беларуси в конце 1980-х годов.
Лечение проводят по контактной методике, стабильно или лабильно.
В первом случае индукторы устанавливаются неподвижно в проекции патологического очага,
во втором — плавно перемещают вокруг зоны повреждения.

Дозируют процедуры по амплитуде магнитной индукции, частоте следования импульсов, межимпульсному интервалу и продолжительности процедуры.
Интервал между импульсами в посылке 20-50 мс используют при остром воспалительном процессе, выраженном болевом синдроме, для стимуляции скелетных и мимических мышц с сохраненной иннервацией или частичной реакцией перерождения. ВИМП с большим межимпульсным интервалом (50, 100 мс) назначают при подострых и хронических воспалительных процессах, для стимуляции регенерации поврежденных тканей, для стимуляции гладкой мускулатуры, а также скелетных и мышечных мышц с сохраненной иннервацией или частичной реакцией перерождения. При воздействиях на лицо, шейный отдел позвоночника, при выраженном болевом синдроме обычно используют импульсное магнитное поле индукцией 400-600 мТл, а для магнитостимуляции скелетных и гладких мышц, при невыраженном болевом синдроме, при хронических воспалительных процессах, для стимулирования регенерации поврежденных тканей — более 600 мТл. ВИМТ может проводиться ежедневно, при более тяжелых состояниях продолжительность процедуры составляет 8-10 мин; в более легких случаях и для стимуляции скелетных мышц с сохраненной иннервацией и гладкой мускулатуры она увеличивается до 10-20 мин.

ВИМТ показана при следующих заболеваниях и состояниях:

ВИМТ не рекомендуется применять:

Противопоказаниями для ВИМТ являются:

Источник

Импульсная магнитотерапия — эффективный метод лечения и профилактики

Метод магнитотерапии основан на воздействии на организм человека магнитными полями. Еще Аристотель в IV в до н.э. упоминал в своих трудах о применении минерала магнитный железняк для лечения многих заболеваний. Позднее его использовали Гален (II в. н. э.), Авиценна (X в. н. э.) и Парацельс (XVI в), а Шарко и Труссо стали применять искусственные магниты.

В настоящее время под магнитным полем понимают совокупность изменяющихся во времени, взаимно связанных электрических и магнитных явлений. Магнитное поле возникает везде, где существует движущийся электрический заряд или ток.

В организме не обнаружено специальных рецепторных зон, которые воспринимают электромагнитные колебания, однако имеются многочисленные научные данные о том, что природные магнитные поля влияют на высшие центры нервной и гуморальной регуляции, на проницаемость биологических мембран, свойства водных и коллоидных систем организма, на биотоки мозга и сердца. С помощью современных аппаратов магнитотерапии возможно управляемо влиять на организм путем изменения физических характеристик магнитного поля.

Классификация магнитных полей

По изменению в пространстве:

По изменению во времени:

Постоянное магнитное поле неизменно во времени в данной точке пространства, а переменное изменяется во времени по величине и направлению. Импульсное магнитное поле изменяется во времени по величине, но не по направлению. Импульсное бегущее магнитное поле (ИБМП) перемещается в пространстве относительно неподвижного пациента и импульсно изменяется во времени. Оно наиболее биологически активно, и потому чаще всего используется с лечебными целями.

Сегодня магнитотерапия широко применяется в лечебно-профилактических учреждениях, санаториях, реабилитационных, спортивных и оздоровительных центрах. Известны и хорошо себя зарекомендовали портативные аппараты магнитотерапии «Имедис» и «АЛМАГ», подобная технология также реализуется в аппаратно-программном комплексе «Биосканер» БИОРС.

Действие импульсного магнитного поля на организм

Импульсная магнитотерапия или так называемая магнитная стимуляция — это лечение импульсным магнитным полем слабой (с амплитудой импульсов 20-100 мТл) и сильной интенсивности (100-1400 мТл). Импульсы магнитного поля вызывают в живых тканях вихревые электрические токи.

Органы и системы по-разному реагируют на магнитное поле. Это зависит от электрических и магнитных свойств тканей, различий в микроциркуляции, интенсивности обмена веществ и т. д. Чувствительнее всего к магнитному полю нервная и эндокринная системы. Также оно влияет на органы чувств, сердечно-сосудистую систему, свойства крови, на мышечную, пищеварительную, мочевыделительную, дыхательную и костную системы.

Аппараты магнитотерапии оказывают локальное (на патологический очаг) либо общее воздействие (на организм в целом). Однако по сути эти эффекты неразделимы, так как любое местное влияние включает рефлекторные механизмы, что вызывает ответную реакцию центральных регуляторных механизмов. Как правило, воздействие магнитным полем на патологическую область часто дополняется стимуляцией рефлекторных зон Захарьина-Геда и биологически активных точек (БАТ).

Применение магнитотерапии обусловливает следующие эффекты:

Негативные эффекты магнитного поля

Воздействие магнитным полем не вызывает раздражения кожи или образования эндогенного (внутреннего) тепла. Как правило, метод хорошо переносится, в том числе ослабленными и пожилыми пациентами, которые страдают сопутствующими заболеваниями сердечно-сосудистой системы. Это делает полезным применение аппарата магнитотерапии даже в тех случаях, когда противопоказаны другие средства физиолечения.

Тем не менее, магнитные поля от 70 мТл и выше при неправильном дозировании могут нарушать деятельность различных функциональных систем, приводить к гипоксии и дистрофическим процессам. Поэтому при проведении магнитотерапии необходимо строго соблюдать технику безопасности, контролировать время и дозу воздействия.

Кроме того, электромагнитное излучение распространяется и на врача, поэтому при частом проведении магнитотерапии специалисту рекомендуется покидать помещение. Однако в медицинских комплексах БИОРС реализуется несколько программ терапии (в основном, целенаправленные контактные методы), что позволяет использовать способы лечения, которые минимально влияют на врача. По той же причине в аппаратах БИОРС не используется КВЧ (крайне высокочастотная терапия) и другие методы дистанционного воздействия. Что касается других аппаратов магнитотерапии («АЛМАГ», «Имедис» и т. д.), с их особенностями можно ознакомиться, прочитав соответствующие инструкции к приборам.

Что лечат с помощью импульсной магнитотерапии:

воспалительные, травматические, токсические и ишемические поражения периферической нервной системы (радикулит, инфекционно-аллергический полирадикулоневрит, токсическая полинейропатия, плексит, невриты, невралгии, реконструктивные оперативные вмешательства на нервах и т. д.);

заболевания и травмы ЦНС (транзиторное нарушение мозгового кровообращения, ишемический инсульт головного мозга, последствия черепно-мозговой травмы с двигательными расстройствами, закрытые травмы спинного мозга с двигательными нарушениями);

острые, подострые и хронические воспалительные процессы;

воспалительные и дегенеративно-дистрофические заболевания костей и суставов (остеоартроз, остеохондроз, периартрит, деформирующий спондилез, анкилозирующий спондилоартрит);

травмы опорно-двигательного аппарата и их последствия, том числе ушибы, вывихи, растяжения связок, открытые переломы костей и суставов, замедленная консолидация переломов и т. д. (через три дня после остеосинтеза или иммобилизации);

кровоизлияния в мышцы, суставы, подкожную клетчатку (через три дня после травмы);

лечение трофических язв, медленно заживающих ран, фурункулезов;

гипо- и атрофия мышц в результате гиподинамии, в том числе в послеоперационном периоде;

тренировка нервно-мышечного аппарата у спортсменов;

болезни дыхательной системы (бронхиальная астма легкой и средней степени тяжести, хронический бронхит);

заболевания органов пищеварения (гипомоторно-эвакуаторные нарушения функции желудка после резекции желудка и ваготомии, хронический панкреатит с секреторной недостаточностью, гипомоторная дисфункция желудка, толстой кишки и желчного пузыря, хронический гепатит с умеренным нарушением функции печени);

урологические заболевания (камень в мочеточнике, состояние после литотрипсии, атония мочевого пузыря, слабость сфинктера, простатит);

гинекологические заболевания (воспалительные заболевания матки и придатков, гипофункция яичников);

стоматологические нарушения (пародонтоз).

Противопоказания к импульсной магнитотерапии:

тяжелые сердечно-сосудистые заболевания (острый инфаркт миокарда, тяжелая сердечно-сосудистая недостаточность и нарушения ритма сердца, выраженная гипотензия, аневризма сердца, аорты и крупных сосудов, острый период нарушения мозгового кровообращения);

острые инфекционные заболевания (активный туберкулез, гнойные воспалительные процессы до проведения дренирования, лихорадка);

нервно-психические расстройства (заболевания ЦНС с выраженным возбуждением, эпилепсия);

системные заболевания крови и склонность к кровоточивости;

тромбофлебит, острый тромбоз, гангрена;

диффузный токсический зоб III степени;

возраст до 1,5 лет (противопоказана местная магнитотерапия) и до 18 лет (противопоказано общее воздействие);

наличие имплантированного кардиостимулятора (может нарушиться его работа);

присутствие свободно расположенных в тканях организма металлических предметов — например, осколков после ранений.

При металлосинтезе, применении аппарата Илизарова и металлических имплантированных суставах магнитотерапия НЕ противопоказана.

Программы магнитотерапии в АПК «Биосканер» БИОРС

В «Биосканере», в отличие от многих аппаратов магнитотерапии, есть возможность проводить лечение по 90 программам, включая терапию по вышеперечисленным показаниям и программы психокоррекции. В программах психокоррекции используются сигналы, которые совпадают с электромагнитными волнами разной частоты, излучаемыми мозгом человека. Такая терапия запускает механизмы саморегуляции и позволяет гармонизировать процессы обмена информацией в организме.

С помощью программ психокоррекции проводят следующие воздействия:

Активизация интеллектуальной деятельности, концентрации внимания, извлечение актуальной информации из подсознания, при этом улучшается кровоснабжение головного мозга — можно использовать кратковременно или во время обучения, причем наибольший эффект наблюдается при восприятии материала на слух (полезно при трудностях с обучением, для более быстрого усвоения нового материала, в том числе при изучении иностранных языков, при стрессе и нарушениях сна перед экзаменами);

Восстановление механизмов адаптации организма, погружение в глубокий сон, расширение возможностей подсознания для поиска решений или ответов;

Расслабляющий, медитативный эффект (особенно полезно при длительном напряжении разных групп мышц и/или нарушениях сна, для достижения ясности мыслей и уверенности в своих силах с целью снижения уровня стресса, исследования собственного сознания и психомоделирования новых моделей поведения);

Расширение возможностей сознания, в том числе улучшение творческих способностей (активизация подсознания, воображения и памяти, стимуляция образного мышления и т. д.);

Быстрое восстановление сил после напряженной умственной или стрессовой работы, энергизация организма (данная программа магнитотерапии помогает снизить усталость и повысить работоспособность, улучшить концентрацию внимания);

Одновременное расслабление и активизация психики (благоприятно применять соответствующую программу магнитотерапии перед спортивными состязаниями, поскольку она позволяет сосредоточиться и снизить уровень тревожности);

Стимуляция контроля внутренних потребностей (применяется в комплексном лечении алкоголизма, токсикомании и других зависимостей, в том числе от табакокурения, помогая сопротивляться влечению путем достижения эмоциональной стабильности и уверенности в себе);

Преодоление страхов (при фобиях, неврозах) — регулярное проведение соответствующей программы магнитотерапии помогает справиться с боязнью принятия решений, публичных выступлений и т. д.;

Стабилизация иммунной системы при стрессе, тревожности, психосоматических симптомах со стороны сердечно-сосудистой системы, напряжении мышц воротниковой зоны и позвоночника (часто бывает при остеохондрозе), нейроциркуляторной дистонии;

Снотворный эффект при бессоннице и других нарушениях сна, которые не корректируются программами расслабления;

Психическая стабилизация при различных психосоматических расстройствах, включая ослабление иммунитета (рецидивирующие инфекции верхних дыхательных путей, аллергии, ночное недержание мочи, трудности с обучением, в том числе из-за гиперкинетического синдрома);

Лечение стресса и связанного с ним нарушения иммунного статуса и гормонального баланса (используется в качестве вспомогательной терапии при аллергиях, опухолях (в том числе при миоме) и грибковых инфекциях, недостаточности функции любых эндокринных желез, сахарном диабете, неврозах, экземе, язве желудка и двенадцатиперстной кишки, астме, лимфатических отеках, мигрени, гипотонии, варикозном расширении вен, дисменорее, остеопорозе, почечнокаменной болезни, импотенции/фригидности, в период полового созревания и при климаксе);

Лечение стресса, который проявляется спазмами разного типа (колющие боли в разных частях тела при вегето-сосудистой дистонии, боли напряжения в плече-затылочной области, головные боли, в том числе мигрень, спазмы гладкой мускулатуры) – данная программа не применяется при любых видах опухолей;

Терапия депрессивных состояний, в том числе с фобиями и тревожностью, психосоматическими жалобами со стороны сердечно-сосудистой системы, язвенной болезнью, эндокринными нарушениями (включая депрессии при пременструальном синдроме и в климактерическом периоде);

Лечение нарушений, связанных с заболеваниями головного мозга, в том числе при атеросклерозе сосудов головного мозга, болезнях Паркинсона и Альцгеймера;

Обезболивание, связанное с повышением уровня эндорфинов, а также с активизацией способности организма к самовосстановлению (успешно используется при головных болях напряжения и других хронических болях, особенно имеющих психогенный характер);

Воспроизведение волн Шумана. Между нашей планетой и нижним слоем атмосферы возникают электромагнитные волны сверхнизких и низких частот. Их основная частота (7,8 Гц) совпадает с частотой человеческого головного мозга (альфа-ритмом новорожденных детей или бодрствующего человека в состоянии медитации). Воздействие на организм волн Шумана улучшает концентрацию внимания, дает «заряд» энергии, расширяет возможности сознания.

Методика проведения импульсной магнитотерапии

Способы проведения процедур зависят от конкретного аппарата магнитотерапии («АЛМАГ», «Имедис», «Биосканер» и т. д.), но, как правило, общий принцип заключается в том, что индукторы устанавливают неподвижно над патологическим очагом или плавно перемещают вокруг этой области. Процедуры проводятся ежедневно или через день в зависимости от патологии, дозируются по частоте следования импульсов, амплитуде магнитной индукции, межимпульсному интервалу и продолжительности процедуры (обычно от 5 до 15 минут). Как правило, курс лечения состоит из 10-12 процедур, который при необходимости можно повторять через 1-2 месяца, однако каждой программе магнитотерапии соответствуют свои характеристики. К примеру, некоторые программы психокоррекции могут проводиться дважды в день, короткими курсами или однократно.

Источник