Stínění magnetického pole – soubor opatření ke snížení magnetické indukce konstantního nebo střídavého magnetického pole (MF).
Na toto téma bylo napsáno velké množství materiálů, ale jen málo z nich popisuje praktickou aplikaci stínících materiálů pro skutečné snížení magnetického pole.
Existují 2 způsoby snížení MP:
- použití speciálních obrazovekvyrobené ze supravodičů nebo materiálů s vysokou magnetickou permeabilitou. Účinné při snižování konstantní nebo nízkofrekvenční proměnné MP;
- náhradní. Tato metoda je založena na tvorbě vířivých proudů ve stínítku, díky nimž je počáteční MF tlumeno/kompenzováno. Metoda je účinnější při provozu na vysokých frekvencích.
Máme zájem pracovat v konstantních a nízkofrekvenčních proměnných MF. Nejlepším materiálem pro štíty je supravodič. Ale vzhledem ke složitosti aplikace a řadě nedostatků, které se v praxi odhalují, je jejich použití omezené.
Hlavní nevýhody použití supravodičů jsou:
- vysoké náklady na materiály;
- potřeba silného chlazení, aby došlo k efektu supravodivosti;
- vysoké požadavky na homogenitu materiálu a jeho chemickou čistotu.
Na základě praxe, co stíní magnetické pole lépe?
V praxi se nejlépe osvědčila síta vyrobená z amorfních slitin, permalloy a elektro/transformátorových ocelí.
ocel efektivně se používá při stínění velkých ploch. Kromě toho lze plechy svařovat dohromady. Při výběru je vhodné použít ocel s nejvyšší magnetickou permeabilitou materiálu. Pro snížení úrovně MF alespoň 2-3krát je potřeba, aby tloušťka kovu byla alespoň 3 mm (zeslabení a tloušťka jsou určeny praktickou aplikací). Ale ocel má také nevýhodou je velká hmotnost a obtížnost výroby složitých tvarů obrazovek.
Permalloy je skvělá možnost. Ale má vážná nevýhoda. K vytvoření síta je nutné tváření a žíhání. A pokud, na obrazovce během provozu působí mechanická síla, ztrácejí se její magnetické vlastnosti. Materiál se stává neúčinným.
Třetí možností jsou magnetické obrazovky vytvořené pomocí na bázi amorfních a nanokrystalických slitin. V praxi bylo zjištěno, že maximální účinnosti plochých obrazovek stále dosahují materiály vyrobené z amorfních slitin s maximální magnetickou permeabilitou. Materiál je docela tenký. S ochranným povlakem je tloušťka obvykle 70-200 mikronů. Snadno se stříhá nůžkami. Některé materiály od různých výrobců, prošel dodatečným tepelným zpracováním pro zlepšení magnetických vlastností, obrazovky může být náchylný ke zvýšené křehkosti. Určitá křehkost materiálu nedovolí jeho ohýbání pod ostrými úhly s malými poloměry.
Řadu obrazovek z amorfních slitin, které neprošly dodatečným tepelným zpracováním, lze tvarovat a ohýbat prakticky bez omezení. Kromě toho mohou stínící vlastnosti hotových výrobků převyšovat stínící vlastnosti materiálů, které prošly dodatečným tepelným zpracováním.
Jedním z nich je MMR-50 domácí produkce. Přečtěte si více…
CO NEZOBRAZUJE KONSTANTNÍ A NÍZKOFREKVENČNÍ MAGNETICKÉ POLE
- pletiva z různých kovů (hliník, měď, ocel);
- fólie (hliník, měď);
- opticky průhledné promítací fólie;
- speciální laky a barvy/omítky;
- tkáně.
Tyto materiály pracují hlavně na nízkofrekvenčních elektrických polích (při uzemnění) nebo vysokofrekvenčních elektromagnetických polích.
Jak můžete přimět dva magnety vedle sebe, aby necítily vzájemnou přítomnost? Jaký materiál mezi ně umístit, aby siločáry magnetického pole z jednoho magnetu nedosáhly na druhý magnet?
Tato otázka není tak triviální, jak by se na první pohled mohlo zdát. Musíme skutečně izolovat dva magnety. Tedy tak, aby se tyto dva magnety daly různě otáčet a různě vůči sobě posouvat a přesto, aby se každý z těchto magnetů choval, jako by v blízkosti žádný jiný magnet nebyl. Jakékoli triky zahrnující umístění třetího magnetu nebo feromagnetu do blízkosti za účelem vytvoření nějaké speciální konfigurace magnetických polí s kompenzací všech magnetických polí v kterémkoli konkrétním bodě v zásadě nefungují.
Diamagnetické.
Někdy se mylně domnívají, že takový izolátor magnetického pole může posloužit diamagnetické. Ale to není pravda. Diamagnetický materiál ve skutečnosti zeslabuje magnetické pole. Ale zeslabuje magnetické pole pouze v tloušťce samotného diamagnetika, uvnitř diamagnetika. Z tohoto důvodu se mnoho lidí mylně domnívá, že pokud je jeden nebo oba magnety zakryty kusem diamagnetického materiálu, jejich přitažlivost nebo odpuzování se oslabí.
Ale to není řešení problému. Za prvé, siločáry jednoho magnetu budou stále dosahovat druhého magnetu, to znamená, že magnetické pole se pouze zmenšuje v tloušťce diamagnetika, ale nezmizí úplně. Za druhé, pokud jsou magnety zapuštěny do tloušťky diamagnetického materiálu, nemůžeme je vzájemně pohybovat ani otáčet.
A pokud rovnou vyrobíte plochou obrazovku z diamagnetického materiálu, pak tato obrazovka propustí magnetické pole přes sebe. Navíc za touto clonou bude magnetické pole úplně stejné, jako kdyby tato diamagnetická clona vůbec neexistovala.
To naznačuje, že ani magnety vložené do diamagnetického materiálu nezaznamenají vzájemné oslabení magnetického pole. Ve skutečnosti tam, kde se nachází zazděný magnet, prostě není přímo v objemu tohoto magnetu žádný diamagnetický materiál. A protože tam, kde je zazděný magnet umístěn, není žádný diamagnetický materiál, znamená to, že oba zazděné magnety spolu vlastně interagují úplně stejně, jako kdyby nebyly zazděny v diamagnetickém materiálu. Diamagnetický materiál kolem těchto magnetů je stejně neužitečný jako ploché diamagnetické stínění mezi magnety.
Ideální diamagnetické
Potřebujeme materiál, který by přes sebe vůbec neumožňoval procházet siločáry magnetického pole. Je nutné, aby magnetické siločáry byly z takového materiálu vytlačeny. Pokud magnetické siločáry procházejí materiálem, pak za clonou vyrobenou z takového materiálu zcela obnoví veškerou svou sílu. Vyplývá to ze zákona zachování magnetického toku.
V diamagnetickém materiálu dochází k zeslabení vnějšího magnetického pole vlivem indukovaného vnitřního magnetického pole. Toto indukované magnetické pole je vytvářeno kruhovými proudy elektronů uvnitř atomů. Když se zapne vnější magnetické pole, elektrony v atomech by se měly začít pohybovat kolem siločar vnějšího magnetického pole. Tento indukovaný kruhový pohyb elektronů v atomech vytváří dodatečné magnetické pole, které je vždy namířeno proti vnějšímu magnetickému poli. Proto je celkové magnetické pole uvnitř diamagnetika menší než vně.
K úplné kompenzaci vnějšího pole v důsledku indukovaného vnitřního pole však nedochází. V diamagnetických atomech není dostatečná síla kruhového proudu, aby vytvořila přesně stejné magnetické pole jako vnější magnetické pole. Proto siločáry vnějšího magnetického pole zůstávají v tloušťce diamagnetického materiálu. Vnější magnetické pole jakoby „proráží“ diamagnetický materiál skrz naskrz.
Jediným materiálem, který ze sebe vytlačuje siločáry magnetického pole, je supravodič. V supravodiči vnější magnetické pole indukuje kruhové proudy kolem vnějších siločar, které vytvářejí opačně orientované magnetické pole přesně rovné vnějšímu magnetickému poli. V tomto smyslu je supravodič ideálním diamagnetickým.
Na povrchu supravodiče je vektor síly magnetického pole vždy směrován podél tohoto povrchu, tečně k povrchu supravodivého tělesa. Na povrchu supravodiče nemá vektor magnetického pole složku směřující kolmo k povrchu supravodiče. Magnetické siločáry se proto vždy ohýbají kolem supravodivého tělesa libovolného tvaru.
Ohýbání supravodiče působením magnetických siločar
To ale vůbec neznamená, že když se mezi dva magnety umístí supravodivá clona, problém to vyřeší. Faktem je, že magnetické siločáry magnetu půjdou na jiný magnet a obejdou supravodičovou obrazovku. Proto plochá supravodivá obrazovka pouze oslabí vliv magnetů na sebe navzájem.
Toto oslabení interakce mezi dvěma magnety bude záviset na tom, jak moc se zvětšila délka siločáry, která oba magnety spojuje. Čím větší je délka spojovacích siločar, tím menší je vzájemná interakce mezi dvěma magnety.
To je přesně stejný efekt, jako když zvětšíte vzdálenost mezi magnety bez jakékoli supravodivé obrazovky. Pokud zvětšíte vzdálenost mezi magnety, zvětší se i délka magnetických siločar.
To znamená, že pro zvětšení délek silových vedení, které spojují dva magnety obcházející supravodivou obrazovku, je nutné zvětšit rozměry této ploché obrazovky jak na délku, tak na šířku. To povede ke zvýšení délek bypassových elektrických vedení. A čím větší jsou rozměry ploché obrazovky ve srovnání se vzdáleností mezi magnety, tím menší je interakce mezi magnety.
Interakce mezi magnety zcela zmizí, až když se oba rozměry ploché supravodivé obrazovky stanou nekonečnými. Jde o obdobu situace, kdy byly magnety odděleny na nekonečně velkou vzdálenost, a proto se délka magnetických siločar, které je spojovaly, stala nekonečnou.
Teoreticky to samozřejmě zcela řeší problém. V praxi ale nedokážeme vyrobit supravodivou plochou obrazovku nekonečných rozměrů. Přál bych si takové řešení, které by se dalo prakticky realizovat v laboratoři nebo ve výrobě. (Už nemluvíme o každodenních podmínkách, protože v každodenním životě je nemožné vyrobit supravodič.)
Dělení prostoru supravodičem
Alternativně lze plochou obrazovku nekonečně velkých rozměrů interpretovat jako rozdělení celého trojrozměrného prostoru na dvě části, které spolu nejsou spojeny. Ale není to jen plochá obrazovka nekonečné velikosti, která dokáže rozdělit prostor na dvě části. Jakýkoli uzavřený povrch také rozděluje prostor na dvě části, objem uvnitř uzavřeného povrchu a objem vně uzavřeného povrchu. Například jakákoli koule rozděluje prostor na dvě části: kouli uvnitř koule a vše venku.
Proto je supravodivá koule ideálním izolantem magnetického pole. Pokud umístíte magnet do takové supravodivé koule, pak žádný přístroj nikdy nezjistí, zda je uvnitř této koule magnet nebo ne.
A naopak, pokud jste umístěni uvnitř takové koule, vnější magnetická pole na vás nebudou působit. Například magnetické pole Země nelze uvnitř takové supravodivé koule detekovat žádnými přístroji. Uvnitř takové supravodivé koule bude možné detekovat pouze magnetické pole z těch magnetů, které se budou také nacházet uvnitř této koule.
Aby se dva magnety vzájemně neovlivňovaly, musí být jeden z těchto magnetů umístěn uvnitř supravodivé koule a druhý musí být ponechán venku. Pak se magnetické pole prvního magnetu zcela soustředí uvnitř koule a nepřekročí hranice této koule. Proto druhý magnet nepocítí přítomnost prvního. Stejně tak magnetické pole druhého magnetu nebude schopno proniknout dovnitř supravodivé koule. A proto první magnet nebude vnímat blízkou přítomnost druhého magnetu.
Nakonec můžeme oba magnety vůči sobě otáčet a pohybovat, jak chceme. Pravda, první magnet je omezen ve svých pohybech poloměrem supravodivé koule. Ale tak to jen vypadá. Ve skutečnosti interakce dvou magnetů závisí pouze na jejich vzájemné poloze a jejich rotacích kolem těžiště odpovídajícího magnetu. Stačí tedy umístit těžiště prvního magnetu do středu koule a tam umístit počátek souřadnic do středu koule. Všechny možné možnosti umístění magnetů budou určeny pouze všemi možnými možnostmi umístění druhého magnetu vzhledem k prvnímu magnetu a jejich úhly natočení kolem jejich těžišť.
Samozřejmě, že místo koule můžete mít jakýkoli jiný tvar povrchu, například elipsoid nebo povrch ve tvaru krabice atd. Kdyby alespoň rozdělil prostor na dvě části. To znamená, že na tomto povrchu by neměla být díra, kterou by mohlo procházet elektrické vedení, které spojuje vnitřní a vnější magnety.
