Stínění magnetického pole permanentními magnety, stínění střídavým magnetickým polem

Ke snížení intenzity magnetického pole permanentního magnetu nebo nízkofrekvenčního střídavého magnetického pole se střídavými proudy v určité oblasti prostoru použijte magnetické stínění… V porovnání s elektrickým polem, které je aplikací poměrně snadno odstíněné Faradayovy buňky, magnetické pole nelze zcela odstínit, lze jej pouze v určitém místě do určité míry zeslabit.

V praxi se pro účely vědeckého výzkumu, v medicíně, v geologii, v některých technických oborech souvisejících s vesmírem a jadernou energetikou často stíní velmi slabá magnetická pole, indukce která zřídka překračuje 1 nT.

Hovoříme jak o permanentních magnetických polích, tak o proměnných magnetických polích v širokém frekvenčním rozsahu. Indukce magnetického pole Země například v průměru nepřesahuje 50 μT; takové pole spolu s vysokofrekvenčním šumem lze snadněji utlumit magnetickým stíněním.

Pokud jde o stínění rozptylových magnetických polí ve výkonové elektronice a elektrotechnice (permanentní magnety, transformátory, silnoproudé obvody), často stačí podstatnou část magnetického pole jednoduše lokalizovat, než se snažit je úplně eliminovat. Feromagnetický štít — pro stínění permanentních a nízkofrekvenčních magnetických polí

První a nejjednodušší způsob ochrany magnetického pole je použití feromagnetického štítu (tělesa) ve formě válce, plechu nebo koule. Materiál takové skořápky musí mít vysoká magnetická permeabilita a nízká donucovací síla.

Když je takové stínění umístěno do vnějšího magnetického pole, magnetická indukce ve feromagnetiku samotného stínění se ukáže být silnější než uvnitř stíněné oblasti, kde bude indukce odpovídajícím způsobem nižší.

Uvažujme příklad obrazovky ve formě dutého válce.

Z obrázku je patrné, že indukční čáry vnějšího magnetického pole pronikající stěnou feromagnetického stínění jsou uvnitř ní a přímo v dutině válce zesílené, proto budou indukční čáry řidší. To znamená, že magnetické pole uvnitř válce zůstane minimální. Pro kvalitní provedení požadovaného efektu se používají feromagnetické materiály s vysokou magnetickou permeabilitou, jako např permaloid nebo mu-metal.

Mimochodem, pouhé zesílení stěny obrazovky není nejlepší způsob, jak zlepšit její kvalitu.Mnohem účinnější jsou vícevrstvé feromagnetické stínění s mezerami mezi vrstvami tvořícími stínění, kde se koeficient stínění bude rovnat součinu koeficientů stínění pro jednotlivé vrstvy — kvalita stínění vícevrstvého stínění bude lepší než účinek souvislá vrstva o tloušťce rovnající se součtu horních vrstev.

Díky vícevrstvým feromagnetickým clonám je možné vytvořit magneticky stíněné místnosti pro různé studie. Vnější vrstvy těchto obrazovek jsou v tomto případě vyrobeny z feromagnetů, které saturují při vysokých hodnotách indukce, zatímco jejich vnitřní vrstvy jsou z mu kovu, permaloidu, metskla atd. — z feromagnetik, které saturují při nižších hodnotách magnetické indukce.

Měděný štít — k odstínění střídavých magnetických polí

Pokud je nutné odstínit střídavé magnetické pole, pak se používají materiály s vysokou elektrickou vodivostí, jako např Miláček.

V tomto případě bude měnící se vnější magnetické pole indukovat indukční proudy ve vodivém stínění, které pokryje prostor chráněného prostoru, a směr magnetických polí těchto indukčních proudů v stínění bude opačný k vnějšímu magnetickému poli. , jehož ochrana je takto uspořádána. Vnější magnetické pole tedy bude částečně kompenzováno.

Navíc, čím vyšší je frekvence proudů, tím vyšší je koeficient stínění. V souladu s tím jsou pro nižší frekvence a ještě více pro konstantní magnetická pole nejvhodnější feromagnetické stínění.

Prosévací koeficient K v závislosti na frekvenci střídavého magnetického pole f, velikosti síta L, vodivosti materiálu síta a jeho tloušťce d lze přibližně zjistit ze vzorce:

Aplikace supravodivých obrazovek

Jak víte, supravodič je schopen úplně posunout magnetické pole od sebe. Tento jev je známý jako Meissnerův efekt… Podle Lenzovo pravidlojakákoliv změna magnetického pole v supravodiči vytváří indukční proudy, které svými magnetickými poli kompenzují změnu magnetického pole v supravodiči.

Srovnáme-li to s obyčejným vodičem, pak v supravodiči indukční proudy nezeslábnou a jsou tedy schopny vyvíjet kompenzační magnetický efekt po nekonečně (teoreticky) dlouhou dobu.

Za nevýhody metody lze považovat její vysokou cenu, přítomnost zbytkového magnetického pole uvnitř stínítka, které zde bylo před přechodem materiálu do supravodivého stavu, a také citlivost supravodiče na teplotu. V tomto případě může kritická magnetická indukce pro supravodiče dosáhnout desítek tesla.

Způsob stínění s aktivní kompenzací

Aby se snížilo vnější magnetické pole, může být specificky vytvořeno dodatečné magnetické pole stejné velikosti, ale opačného směru k vnějšímu magnetickému poli, před kterým má být určitá oblast stíněna.

Toho je dosaženo implementací speciální kompenzační cívky (Helmholtzovy cívky) — pár identických koaxiálně uspořádaných cívek s proudem, které jsou odděleny vzdáleností poloměru cívky. Mezi takovými cívkami je získáno poměrně rovnoměrné magnetické pole.

K dosažení kompenzace pro celý objem dané oblasti potřebujete alespoň šest takových cívek (tři páry), které jsou umístěny v souladu s konkrétním úkolem.

Typickými aplikacemi pro takový kompenzační systém jsou ochrana proti nízkofrekvenčnímu rušení generovaným elektrickými sítěmi (50 Hz) a také stínění zemského magnetického pole.

Typicky systémy tohoto typu pracují ve spojení se senzory magnetického pole. Na rozdíl od magnetických stínění, které redukují magnetické pole spolu se šumem v celém objemu ohraničeném stíněním, umožňuje aktivní ochrana pomocí kompenzačních cívek eliminovat magnetické rušení pouze v lokální oblasti, na kterou je naladěna.

Bez ohledu na konstrukci systému proti magnetickému rušení potřebuje každý z nich antivibrační ochranu, protože vibrace obrazovky a snímače přispívají k vytváření dodatečného magnetického rušení ze samotné vibrační obrazovky.