CC BY
0ЯВЛЕНИЕ ПЕРЕОРИЕНТАЦИИ ВИХРЕВЫХ ТОКОВ КРОВИ, НАХОДЯЩИХСЯ В НЕОДНОРОДНОМ ПОСТОЯННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ, ПРИВОДЯЩИХ В ПРЕДУТРЕННИЕ ЧАСЫ К МАКСИМАЛЬНЫМ РИСКАМ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ИШЕМИИ
Захаров Ю.Б., Перов Ю.М., Минасян Б.Л.,
Пыхалова Н.Е., Захаров Л.М., Шилов В.П.
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный университет», г. Краснодар
Аннотация
Кровь в большей части сосудов нашего организма течёт в ламинарном режиме. Частицы крови под воздействием внешнего магнитного поля начинают двигаться по сложным траекториям. В работе рассматривается характер движения частиц крови на разных участках воздействия магнитного поля на сосуд.
Ключевые слова: магнитное поле, магнитотерапия, кровь, магнитные бури, электродвижущая сила индукции, вихревой ток, сила Ампера.
Кровь в большей части сосудов нашего организма течёт в ламинарном режиме, более плотные частицы крови (эритроциты, лейкоциты, тромбоциты) выдавливаются в центр потока, а более лёгкие (плазма крови) к периферии (к стенкам сосуда).
Рассмотрим сосуд, помещённый в неоднородное магнитное поле (рис. 1). Стрелками на рисунке показаны линии индукции поля. Разделим сосуд на два участка («А» и «Б»).
На участке «А» индукция магнитного поля по мере приближения частиц к линии раздела возрастает.
На участке «Б» частицы крови с каждым следующим мгновением попадают в более слабое магнитное поле. Их поведение будет ощутимо отличаться от поведения частиц, попадающих в более сильное магнитное поле (участок «А») [1].
B - индукция внешнего магнитного поля;
U - некоторая усреднённая скорость течения крови.
Рисунок 1 - Сосуд, помещённый в неоднородное магнитное поле
Вспомним закон электромагнитной индукции:
- - дИ -
f E ■ dl =-MMo!--dS . (1)
Этот закон говорит о том, что переменное магнитное поле, проходящее через площадку S, порождает в контуре l, охватывающем эту площадку, вихревое электрическое поле E. Если это вихревое электрическое поле порождает вихревой ток, то направление вихревого тока таково, что своим магнитным полем, согласно закону Ленца (знак «минус»), оно препятствует изменению внешнего магнитного поля.
Рассмотрим участок «А», на котором кровь попадает в зону более сильного магнитного поля, то есть магнитное поле растёт (рис. 2).
На рисунке 2 вихревой ток изображён в разрезе. Поскольку магнитное поле P вихревого тока должно быть направлено (по правилу Ленца) против
индукции магнитного поля (P B), то вектор магнитного момента тока
будет направлен против внешнего магнитного поля.
Рисунок 2 - Вихревой ток в растущем магнитном поле (участок «А»)
По правилу правого винта определяется направление тока в вихревом поле (рис. 3).
Рисунок 3 - Направление тока в вихревом поле (участок «А»)
На ток в магнитном поле будет действовать сила Ампера (формула 2), которая определяется по правилу левой руки (ладонь левой руки располагается так, что силовые линии входили в ладонь, четыре пальца направляются в направлении тока, тогда отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера) (рис. 4).
F = щ х B] . (2)
Теперь определим элемент силы Ампера (формула 3). То есть выделяем небольшие отрезки тока на элементах длины проводника dl .
Для этих небольших отрезков dl и тока I построим векторы элементов сил Ампера (рис. 4).
dFA = I\dl х B] . (3)
Рисунок 4 - Направления элементов сил Ампера (участок «А»)
Теперь разложим вектор dFA на две компоненты: перпендикулярную (dFL) и параллельную (dFx) по отношению к P (формула 4).
dFA = dF± + dFx . (4)
Изобразим эти компоненты на рисунке 5.
Рисунок 5 - Направления компонентов сил Ампера (участок «А»)
Изобразим вихревой ток и к нему постоим в виде отдельных стрелок перпендикулярные компоненты (рисунок 6).
' /
' - Лч'-
Рисунок 6 - Перпендикулярные компоненты элементов сил Ампера
Видно, что все эти перпендикулярные компоненты лежат в одной плоскости, направлены к центру вихревого тока. Если мы просуммируем эти перпендикулярные компоненты, то получим:
jdF± « 0. (5)
(i)
Суммарный силовой эффект будет примерно равен нулю. Он будет приводить к сжатию вихревого тока. Таким образом, это будет приводить к тому, что S будет уменьшаться. Это очень важное явление.
Стоит отметить, что эти вихревые токи надо рассматривать не как отдельный ток, а как семейство токов, возникающих биоткани (рис. 7).
Рисунок 7 - Семейство вихревых токов
Теперь рассмотрим параллельные компоненты сил Ампера, действующие на вихревой ток (рис. 8).
Рисунок 8 - Параллельные компоненты элементов сил Ампера (участок «А»)
Получим выталкивающую силу (сила, которая стремится вытолкнуть вихревой ток в сторону более слабого магнитного поля вдоль силовой линии). Изобразим сказанное на рис. 9. На рисунке 9(а) - первоначальное положение вихревого тока (S - площадь вихревого тока). Вихревой ток будет перемещаться вниз 9(б), при этом его площадь будет уменьшаться (S2).
Рисунок 9 - Поведение вихревого тока в растущем магнитном поле (зона «А»)
Получается, что возникающий вихревой ток уменьшает свою площадь
Эти компоненты вихревого тока параллельны P и направлены вдоль линии B. Просуммируем их:
ВЫТ •
(6)
а
и выталкивается в сторону более слабого магнитного поля. Теперь сделаем
107
переход к участку «Б». По аналогии с зоной «А» для зоны «Б» можем получить (рис. 10):
Рисунок 10 - Направления компонент элементов сил Ампера (участок «Б»)
Рассмотрим виток с током, на который действуют перпендикулярные компоненты сил Ампера (рис. 11).
Рисунок 11 - Перпендикулярные компоненты элементов сил Ампера (зона «Б»)
Все перпендикулярные силы лежат в одной плоскости. Просуммируем их. Суммарная сила будет близка к нулю. Это приводит к увеличению площади тока.
Теперь рассмотрим вклад параллельных компонент силы Ампера:
Рисунок 12 - Поведение вихревого тока в уменьшающемся магнитном поле (зона «Б»)
Если мы просуммируем dFx, то возникает втягивающая сила (рисунок
12). Площадь тока увеличивается, он втягивается в сторону более сильного магнитного поля (рисунок 13).
Рисунок 13 - Поведение вихревого тока в уменьшающемся магнитном поле (зона «Б»)
Магнитный момент тока направлен в сторону индукции внешнего магнитного поля.
Итак, подведём итог того, что происходит с вихревыми токами, возникающими в потоке крови при попадании в более сильное (зона «А») и в более слабое (зона «Б») магнитное поле (рис. 14, рис. 15, рис. 16).
Рисунок 14 - Поведение вихревых токов в постоянном неоднородном магнитном поле
Рисунок 15 - Ламинарное движение крови
В зоне «А»:
1. Частицы движутся в потоке крови ламинарно;
2. Заряженные частицы крови начинают участвовать в создании вихревых токов;
3. S2 < S - площадь вихревого тока уменьшается;
4. При подходе к стыку «А» и «Б» площадь вихревого тока уменьшается до нуля.
В зоне «Б»:
•=> А
1. Частицы движутся в потоке крови ламинарно;
2. Заряженные частицы крови начинают участвовать в создании вихревых токов;
3. S > S - площадь вихревого тока увеличивается;
4. Происходит ориентация магнитного поля вихревого тока P вдоль силовых линий B внешнего магнитного поля [2].
При переходе стыка «А» - «Б» вихревой ток проходит через нулевое значение (т. е. исчезает) и меняет своё направление на противоположное. По мере роста своей площади, вихревой ток приходит в соприкосновение со стенкой сосуда, и в месте касания частицы, участвующие в токе (ионы, монетные столбики эритроцитов [3], белки и т.д.), прекращают движение и могут прилипнуть к стенке сосуда, что вызывает замедление тока крови [4].
Рисунок 16 - Вихревые токи, их магнитное поле и площадь
В точках 1 и 2 (рис. 16) наблюдается остановка носителей тока, и они в этом месте могут прилипнуть к стенкам сосуда. В точках 3 и 4 этого явления не наблюдается. Теперь рассмотрим сечение, когда P, B tt U (рис. 17). В этом случае остановка носителей вихревого тока будет максимально возможная, что резко увеличивает риск ишемии.
Таким образом, нами доказано явление переориентации вихревых токов при прохождении через нулевое значение на стыке растущего и спадающего внешнего постоянного магнитного поля и был рассмотрен случай максимально большого риска ишемии.
Рисунок 17 - Случай сонаправленности магнитного поля вихревого тока и потока крови
Библиографический список
1. Захаров, Ю.Б. Движение частиц крови в неоднородном постоянном магнитном поле / Ю.Б. Захаров, М.А. Волошин [и др.] // Коллективная монография. Выпуск 9. Современные проблемы физики, биофизики и инфокомму-никационных технологий. Авторская редакция. - Краснодар: ЦНТИ, 2020. С. 94-104.
2. Явление роста размеров вихревых токов, возникающих в потоке крови организма человека при изменении магнитного поля / Захаров Ю.Б. [и др.]; Диплом №537 на научное открытие // Москва: Международная академия авторов научных открытий и изобретений, 17 октября 2023 г., регистрационный №695.
3. Захаров, Ю.Б. Некоторые особенности влияния магнитных бурь на организм человека / Ю.Б. Захаров, А.А. Кругиликова [и др.] // Коллективная монография. Выпуск 11. Современные проблемы физики, биофизики и инфоком-муникационных технологий. Авторская редакция. - Краснодар: ЦНТИ, 2021. С. 102-111.
4. Захаров, Ю.Б. Причины ишемии при магнитных бурях / Ю.Б. Захаров, Н.Б. Пыхалова [и др.] // Коллективная монография. Выпуск 12. Современные проблемы физики, биофизики и инфокоммуникационных технологий. Авторская редакция. - Краснодар: ЦНТИ, 2022. C. 131-142.
