Однородные магнитные поля и системы катушек с двойной обмоткой: усовершенствованные методы проектирования биоэлектромагнитных экспериментов

Распространённая ошибка при проведении биомагнитных экспериментов — считать, что катушки Гельмгольца создают однородное магнитное поле. В действительности это верно лишь для ограниченного объёма в центре системы. За последние 140 лет были разработаны существенно усовершенствованные конструкции с тремя, четырьмя и пятью катушками. В этой работе приведены численные сравнения однородности поля, создаваемого такими конструкциями, таблица с параметрами их изготовления и рекомендации по применению в экспериментах, требующих воздействия однородным магнитным полем на большие объёмы. Двойная обмотка, или система бифилярных обмоток, также помогает контролировать немагнитные эффекты электрических катушек, используемых во многих экспериментах. В такой конструкции каждую катушку наматывают двумя отдельными соседними медными проводами, расположенными параллельно, а не одним проводом, как обычно. Если токи текут в противоположных направлениях, магнитные поля, создаваемые проводами, взаимно компенсируются, и внешнее магнитное поле практически отсутствует; при параллельном направлении токов возникает внешнее поле. В обоих случаях немагнитные эффекты, в частности джоулев нагрев, будут сходными, а небольшие различия в вибрации и электрическом поле можно уменьшить простыми мерами. Это позволяет спланировать контрольные эксперименты так, чтобы единственным существенным различием между экспериментальной и контрольной группами было наличие или отсутствие магнитного поля. Катушки с двойной обмоткой также позволяют проводить исследования с полноценным двойным ослеплением, поскольку одну и ту же установку можно использовать как в экспериментальной, так и в контрольной группе.