Как сделать так, чтобы два магнита, находящиеся рядом друг с другом, не чувствовали присутствие друг друга? Какой материал нужно разместить между ними, чтобы силовые линии магнитного поля от одного магнита не достигали бы второго магнита?

Этот вопрос не такой тривиальный, как может показаться на первый взгляд. Нам нужно по настоящему изолировать два магнита. То есть, чтобы эти два магнита можно было по разному поворачивать и по разному перемещать их относительно друг друга и тем не менее, чтобы каждый из этих магнитов вёл себя так, как будто бы другого магнита рядом нет. Поэтому всякие фокусы с размещением рядом третьего магнита или ферромагнетика, для создания какой-то особой конфигурации магнитных полей с компенсацией всех магнитных полей в какой-то одной отдельно взятой точке, принципиально не проходят.

Диамагнетик???

Иногда ошибочно думают, что таким изолятором магнитного поля может служить диамагнетик . Но это не верно. Диамагнетик действительно ослабляет магнитное поле. Но он ослабляет магнитное поле только в толще самого диамагнетика, внутри диамагнетика. Из-за этого многие ошибочно думают, что если один или оба магнита замуровать в куске диамагнетика, то, якобы, их притяжение или их отталкивание ослабеет.

Но это не является решением проблемы. Во-первых, силовые линии одного магнита всё равно будут достигать другого магнита, то есть магнитное поле только уменьшается в толще диамагнетика, но не исчезает совсем. Во-вторых, если магниты замурованы в толще диамагнетика, то мы не можем их двигать и поворачивать относительно друг друга.

А если сделать из диамагнетика просто плоский экран, то этот экран будет пропускать сквозь себя магнитное поле. Причем, за этим экраном магнитное поле будет точно такое же, как если бы этого диамагнитного экрана не было бы вообще.

Это говорит о том, что даже замурованные в диамагнетик магниты не испытают на себе ослабления магнитного поля друг друга. В самом деле, ведь там, где находится замурованный магнит, прямо в объеме этого магнита диамагнетик попросту отсутствует. А раз там, где находится замурованный магнит, отсутствует диамагнетик, то значит, оба замурованных магнита на самом деле взаимодействуют друг с другом точно также, как если бы они не были замурованы в диамагнетике. Диамагнетик вокруг этих магнитов также бесполезен, как и плоский диамагнитный экран между магнитами.

Идеальный диамагнетик

Нам нужен такой материал, который бы, вообще, не пропускал через себя силовые линии магнитного поля. Нужно чтобы силовые линии магнитного поля выталкивались из такого материала. Если силовые линии магнитного поля проходят через материал, то, за экраном из такого материала, они полностью восстанавливают всю свою силу. Это следует из закона сохранения магнитного потока.

В диамагнетике ослабление внешнего магнитного поля происходит за счет наведенного внутреннего магнитного поля. Это наведенное магнитное поле создают круговые токи электронов внутри атомов. При включении внешнего магнитного поля, электроны в атомах должны начать двигаться вокруг силовых линий внешнего магнитного поля. Это наведенное круговое движение электронов в атомах и создает дополнительное магнитное поле, которое всегда направлено против внешнего магнитного поля. Поэтому суммарное магнитное поле в толще диамагнетика становится меньше, чем снаружи.

Но полной компенсации внешнего поля за счет наведенного внутреннего поля не происходит. Не хватает силы кругового тока в атомах диамагнетика, чтобы создать точно такое же магнитное поле, как внешнее магнитное поле. Поэтому в толще диамагнетика остаются силовые линии внешнего магнитного поля. Внешнее магнитное поле, как бы, "пробивает" материал диамагнетика насквозь.

Единственный материал, который выталкивает из себя силовые линии магнитного поля, это сверхпроводник. В сверхпроводнике внешнее магнитное поле наводит такие круговые токи вокруг силовых линий внешнего поля, которые создают противоположно направленное магнитное поле в точности равное внешнему магнитному полю. В этом смысле сверхпроводник является идеальным диамагнетиком.

На поверхности сверхпроводника вектор напряженности магнитного поля всегда направлен вдоль этой поверхности по касательной к поверхности сверхпроводящего тела. На поверхности сверхпроводника вектор магнитного поля не имеет составляющую, направленную перпендикулярно поверхности сверхпроводника. Поэтому силовые линии магнитного поля всегда огибают сверхпроводящее тело любой формы.

Огибание сверхпроводника линиями магнитного поля

Но это совсем не означает, что если между двумя магнитами поставить сверхпроводящий экран, то он решит поставленную задачу. Дело в том, что силовые линии магнитного поля магнита пойдут к другому магниту в обход экрана из сверхпроводника. Поэтому от плоского сверхпроводящего экрана будет только ослабление влияния магнитов друг на друга.

Это ослабление взаимодействия двух магнитов будет зависеть от того, на сколько увеличилась длина силовой линии, которая соединяет два магнита друг с другом. Чем больше длины соединяющих силовых линий, тем меньше взаимодействие двух магнитов друг с другом.

Это точно такой же эффект, как если увеличивать расстояние между магнитами без всякого сверхпроводящего экрана. Если увеличивать расстояние между магнитами, то длины силовых линий магнитного поля тоже увеличиваются.

Значит, для увеличения длин силовых линий, которые соединяют два магнита в обход сверхпроводящего экрана, нужно увеличивать размеры этого плоского экрана и по длине и по ширине. Это приведет к увеличению длин обходящих силовых линий. И чем больше размеры плоского экрана по сравнению с рассстоянием между магнитами, тем взаимодействие между магнитами становится меньше.

Взаимодействие между магнитами полностью исчезает только тогда, когда оба размера плоского сверхпроводящего экрана становятся бесконечными. Это аналог той ситуации, когда магниты развели на бесконечно большое расстояние, и поэтому длина соединяющих их силовых линий магнитного поля стала бесконечной.

Теоретически, это, конечно, полностью решает поставленную задачу. Но на практике мы не можем сделать сверхпроводящий плоский экран бесконечных размеров. Хотелось бы иметь такое решение, которое можно осуществить на практике в лаборатории или на производстве. (Про бытовые условия речи уже не идет, так как в быту невозможно сделать сверхпроводник.)

Разделение пространства сверхпроводником

По другому, плоский экран бесконечно больших размеров можно интерпретировать как разделитель всего трехмерного пространства на две части, которые не соединены друг с другом. Но пространство на две части может разделить не только плоский экран бесконечных размеров. Любая замкнутая поверхность делит пространство тоже на две части, на объем внутри замкнутой поверхности и объем вне замкнутой поверхности. Например, любая сфера делит пространство на две части: шар внутри сферы и всё, что снаружи.

Поэтому сверхпроводящая сфера является идеальным изолятором магнитного поля. Если поместить магнит в такую сверхпроводящую сферу, то никогда никакими приборами не удается обнаружить, есть ли внутри этой сферы магнит или его там нет.

И, наоборот, если Вас поместить внутрь такой сферы, то на Вас не будут действовать внешние магнитные поля. Например, магнитное поле Земли невозможно будет обнаружить внутри такой сверхпроводящей сферы никакими приборами. Внутри такой сверхпроводящей сферы можно будет обнаружить только магнитное поле от тех магнитов, которые будут находиться тоже внутри этой сферы.

Таким образом, чтобы два магнита не взаимодействовали друг с другом надо один из этих магнитов поместить во внутрь сверхпроводящей сферы, а второй оставить снаружи. Тогда магнитное поле первого магнита будет полностью сконцентрировано внутри сферы и не выйдет за пределы этой сферы. Поэтому второй магнит не почувствует привутствие первого. Точно также магнитное поле второго магнита не сможет залезть во внутрь сверхпроводящей сферы. И поэтому первый магнит не почувствует близкое присутствие второго магнита.

Наконец, оба магнита мы можем как угодно поворачивать и перемещать друг относительно друга. Правда первый магнит ограничен в своих перемещениях радиусом сверхпроводящей сферы. Но это только так кажется. На самом деле взаимодействие двух магнитов зависит только лишь от их относительного расположения и их поворотов вокруг центра тяжести соответствующего магнита. Поэтому достаточно разместить центр тяжести первого магнита в центре сферы и туда же в центр сферы поместить начало координат. Все возможные варианты расположения магнитов будут определяться только всеми возможными вариантами расположения второго магнита относительно первого магнита и их углами поворотов вокруг их центров масс.

Разумеется вместо сферы можно взять любую другую форму поверхности, например, эллипсоид или поверхность в виде коробки и т.п. Лишь бы она делила пространство на две части. То есть в этой поверхности не должно быть дырочки, через которую может пролезть силовая линия, которая соединит внутренний и внешний магниты.

Рассмотрим обычный стержневой магнит: magnet 1 опирается на поверхность North полюсом вверх. Подвесное расстояние y " role="presentation" style="position: relative;">Y y " role="presentation" style="position: relative;"> y " role="presentation" style="position: relative;">Y над ним (поддерживаемый из стороны в сторону пластиковой трубкой) находится второй, меньший стержневой магнит, magnet 2 , с North полюсом, обращенным вниз. Магнитные силы между ними превышают силу тяжести и удерживают magnet 2 подвешенным. Рассмотрим некоторый материал, material-X который движется к зазору между двумя магнитами с начальной скоростью. v " role="presentation" style="position: relative;">v v " role="presentation" style="position: relative;"> v " role="presentation" style="position: relative;">v ,

Существует ли материал, material-X , который уменьшит расстояние y " role="presentation" style="position: relative;">Y y " role="presentation" style="position: relative;"> y " role="presentation" style="position: relative;">Y между двумя магнитами, и пройти через щель без изменения скорости v " role="presentation" style="position: relative;">v v " role="presentation" style="position: relative;"> v " role="presentation" style="position: relative;">v ?

Любитель физика

такой странный вопрос

Ответы

Jojo

Материал, который вы ищете, может быть сверхпроводником . Эти материалы имеют нулевое сопротивление по току и, таким образом, могут компенсировать проникающие силовые линии в первых слоях материала. Это явление называется эффектом Мейснера и является само определением сверхпроводящего состояния.

В вашем случае пластины между двумя магнитами, это определенно уменьшит y " role="presentation" style="position: relative;">Y y " role="presentation" style="position: relative;"> y " role="presentation" style="position: relative;">Y ,

Для скорости:

Здесь обычно вихревые токи, индуцированные магнитным полем, приводят к потере мощности, определяемой как:

P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">п P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">= π P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">В P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">п P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">d P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">е P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">6 k ρ D P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">, P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">п P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">знак равно P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">π P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">В P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">п P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">d P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">е P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">6 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">К P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">ρ P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">D P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">,

поскольку, однако, сверхпроводник имеет нулевое сопротивление и, таким образом, де-факто

ρ = ∞ " role="presentation">ρ = ∞ ρ = ∞ " role="presentation"> ρ = ∞ " role="presentation">ρ ρ = ∞ " role="presentation">знак равно ρ = ∞ " role="presentation">∞

никакая кинетическая энергия не должна быть потеряна, и, таким образом, скорость останется неизменной.

Есть всего лишь одна проблема:

Сверхпроводник может существовать только при очень низкой температуре, поэтому это может быть невозможно в случае вашей машины... вам, по крайней мере, понадобится система охлаждения, работающая на жидком азоте, чтобы охладить ее.

Кроме сверхпроводников, я не вижу никакого возможного материала, потому что, если материал является проводником, то у вас всегда есть потери из-за вихревых токов (таким образом уменьшая v " role="presentation" style="position: relative;">v v " role="presentation" style="position: relative;"> v " role="presentation" style="position: relative;">v ) или материал не является проводником (тогда y " role="presentation" style="position: relative;">Y y " role="presentation" style="position: relative;"> y " role="presentation" style="position: relative;">Y не уменьшится).

adamdport

Это явление можно наблюдать в машине или где-нибудь в эксперименте?

Jojo

Дело, однако, в том, что когда сверхпроводник входит в магнитное поле, силовые линии отклоняются, что будет связано с работой... поэтому на самом деле, вход в область между двумя магнитами будет стоить некоторой энергии. Если пластина покинет область после, энергия будет отыграна.

Луперкус

Существуют материалы с очень большой магнитной проницаемостью, например, так называемый µ-металл . Они используются для изготовления экранов, которые ослабляют магнитное поле Земли на пути электронного луча в чувствительных электронно-оптических приборах.

Поскольку ваш вопрос объединяет две отдельные части, я разделю его, чтобы рассмотреть каждую из них в отдельности.

1. Статический случай : магнитные полюса сближаются друг с другом, когда между ними установлена ​​магнитно-экранирующая пластина?

Му-материалы не "убивают" магнитное поле между вашими магнитными полюсами, а только отклоняют его направление, направляя часть его в металлический экран. Это сильно изменит напряженность поля B " role="presentation" style="position: relative;">В B " role="presentation" style="position: relative;"> B " role="presentation" style="position: relative;">В на поверхности экрана, почти подавляя его параллельные компоненты. Это приводит к снижению магнитного давления p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">p = B p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;"> p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">2 p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;"> p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">8 π p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;"> p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">μ p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;"> p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">п p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">знак равно p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">В p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">2 p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">8 p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">π p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">μ в непосредственной близости от поверхности экрана. Если это уменьшение магнитного поля на экране значительно изменит магнитное давление на месте магнитов, заставляя их двигаться? Боюсь, здесь необходим более подробный расчет.

2. Движение пластины : возможно ли, что скорость экранирующей пластины не изменится?

Рассмотрим следующий очень простой и интуитивно понятный эксперимент: возьмите медную трубу и держите ее вертикально. Возьмите маленький магнит и дайте ему упасть в трубу. Магнит падает: i) медленно и ii) с равномерной скоростью.

Ваша геометрия может быть сделана похожей на геометрию падающей трубы: рассмотрите столбик магнитов, парящих друг над другом, то есть с парными полюсами, NN и SS. Теперь возьмите «многопластинчатый» щит, сделанный из параллельных листов, прочно удерживаемых на месте на одинаковом расстоянии друг от друга (например, 2D-гребенка). Этот мир имитирует несколько падающих труб параллельно.

Если вы теперь удерживаете столбик магнитов в вертикальном направлении и протягиваете через них многопластинку с постоянной силой (аналогом силы тяжести), то вы достигнете режима постоянной скорости - по аналогии с экспериментом с падающей трубой.

Это говорит о том, что столбик магнитов или, точнее говоря, их магнитное поле действует на медные пластины вязкой среды:

M p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">м m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">p l a t e m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">v m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">˙ m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">= - γ m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">В m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">V + F m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">п л л m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">м m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">п m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">L m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">T m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">е m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">v m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">˙ m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">знак равно m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">- m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">γ m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">В m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">v m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">+ m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">F m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">п m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">U m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">L m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">L

Где γ B " role="presentation" style="position: relative;">γ γ B " role="presentation" style="position: relative;"> γ B " role="presentation" style="position: relative;">В γ B " role="presentation" style="position: relative;"> γ B " role="presentation" style="position: relative;">γ γ B " role="presentation" style="position: relative;">В будет эффективный коэффициент трения из-за магнитного поля, возмущенного присутствием пластин. Через некоторое время вы в конечном итоге достигнете режима, в котором сила трения будет компенсировать ваше усилие, и скорость останется постоянной: v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;">v = F v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;">п л л v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;">γ v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;">В v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;">v v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;">знак равно v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;">F v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;">п v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;">U v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;">L v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;">L v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;">γ v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;">В ,

Если эта скорость равна скорости, которая была у вас до того, как вы втянули пластины в магнитное поле, это вопрос того, как вы управляете силой притяжения. Примечание : если нет тяги, то пластина будет просто остановлена ​​эффектом магнитного тормоза. Таким образом, вы должны тянуть соответственно, если вы хотите иметь постоянную скорость.

Экранирование магнитных полей может быть осуществленно двумя методами:

Экранирование с помощью ферромагнитных материалов.

Экранирование с помощью вихревых токов.

Первый метод применяется обычно при экранировании постоянных МП и полей низкой частоты. Второй метод обеспечивает значительную эффективность при экранировании МП высокой частоты. Из-за поверхностного эффекта плотность вихревых токов и напряженность переменного магнитного поля по мере углубления в металл падает по экспоненциально­му закону:

Показатель уменьшения поля и тока, который назы­вают эквивалентной глубиной проникновения.

Чем меньше глубина проникновения, тем больший ток течет в поверхностных слоях экрана, тем больше создаваемое им обратное МП, вытесняющее из пространства, занятое экраном, внешнее поле источника наводки. Если экран сделан из немагнитного материала, то экранирующий эффект будет зависеть только от удельной проводимости материала и частоты экранирующего поля. Если экран сделан из ферромагнитного материала, то при прочих равных условиях внешним полем в нем будет наводиться большая э. д. с. благодаря большей концентрации магнитных силовых линий. При одинаковой удельной проводимости материала увеличатся вихревые токи, что приведет к меньшей глубине проникновения и к лучшему экранирующему эффекту.

При выборе толщины и материала экрана следует исходить не из электрических свойств материала, а ру­ководствоваться соображениями механической прочно­сти, веса, жесткости, стойкости против коррозии, удобства стыковки отдельных деталей и осуществления меж­ду ними переходных контактов с малым сопротивлением, удобства пайки, сварки и прочим.

Из данных таблицы видно, что для частот выше 10 МГц медная и тем более серебряная пленки толщиной около 0,1 мм дает значительный экранирующий эффект. Поэтому на частотах выше 10 МГц вполне допустимо применение экранов из фольгированого гетинакса или стеклотекстолита. На больших частотах сталь дает больший экранирующий эффект, чем немагнитные металлы. Однако стоит учитывать, что такие экраны могут вносить значительные потери в экранируемые цепи вследствие большого удельного сопротивления и явления гистерезиса. Поэтому такие экраны применимы только в тех случаях, когда с вносимыми потерями можно не считаться. Так же для большей эффективности экранирования экран должен обладать меньшим магнитным сопротивлением, чем воздух, тогда силовые линии магнитного поля стремятся пройти по стенкам экрана и в меньшем числе проникают в пространство вне экрана. Такой экран одинаково пригоден для защиты от воздействия магнитного поля и для защиты внешнего пространства от влияния магнитного поля созданного источником внутри экрана.

Существует много марок стали и пермаллоя с различными величинами магнитной проницаемости, поэтому для каждого материала нужно расчитывать величину глубины проникновения. Расчет производится по приближенному уравнению:

1) Защита от внешнего магнитного поля

Магнитные силовые линии внешнего магнитного поля (линии индукции магнитного поля помех) будут проходить в основном по толще стенок экрана, обладающего малым магнитным сопротивлением по сравнению с сопротивлением пространства внутри экрана. В результате внешнее магнитное поле помех не будет влиять на режим работы электрической цепи.

2) Экранирование собственного магнитного поля

Такое кранирование используется, если ставится задача предохранения внешних электрических цепей от воздействия магнитного поля, создаваемого током катушки. Индуктивности L, т. е. когда требуется практически локализовать помехи, создаваемые индуктивностью L, то такая задача решается при помощи магнитного экрана, как это схематически показано на рисунке. Здесь почти все силовые линии поля катушки индуктивности будут замыкаться через толщу стенок экрана, не выходя за их пределы вследствие того, что магнитное сопротивление экрана намного меньше сопротивления окружающего пространства.

3) Двойной экран

В двойном магнитном экране можно представить себе, что часть магнитных силовых линий, которые выйдут за толщу стенок одного экрана, замкнутся через толщу стенок второго экрана. Точно также можно представить себе действие двойного магнитного экрана при локализации магнитных помех, создаваемых элементом электрической цепи, находящимся внутри первого (внутреннего) экрана: основная масса магнитных силовых линий (линии магнитного рассеяния) замкнется через стенки наружного экрана. Разумеется, что в двойных экранах должны быть рационально выбраны толщины стенок и расстояние между ними.

Общий коэффициент экранирования достигает наибольшей величииы в тех случаях, когда толщина стенок и промежуток между экранами увеличивается пропорционально расстоянию от центра экрана, причем величина промежутка является средней геометрической величиной толщин стенок примыкающих к нему экранов. При этом коэффициент экранирования:

L = 20lg (H/Нэ)

Изготовление двойных экранов в соответствии с указанной рекомендацией практически затруднено из технологических соображений. Значительно целесообразнее выбрать расстояние между оболочками, прилегающими к воздушному промежутку экранов, большим, чем толщина первого экрана, приблизительно равным расстоянию между стеикой первого экрана и краем экранируемого элемента цепи (например, катушки иидуктивности). Выбор той или иной толщины стенок магнитного экрана нельзя сделать однозначным. Рациональная толщина стенок определяется. материалом экрана, частотой помехи и заданным коэффициентом экранирования. При этом полезно учитывать следующее.

1. При повышении частоты помех (частоты переменного магнитного поля помех) магнитная проницаемость материалов падает и вызывает снижение экранирующих свойств этих материалов, так как по мере снижения магнитной проницаемости возрастает сопротивление магнитному потоку, оказываемое экраном. Как правило, уменьшение магнитной проницаемости с повышением частоты идет наиболее интенсивно у тех магнитных материалов, у которых имеется наибольшая начальная магнитная проницаемость. Например, листовая электротехническая сталь с малой начальной магнитной проницаемостью мало изменяет величину jx с повышением частоты, а пермаллой, имеющий большие начальные значения магнитной проницаемости, весьма чувствителен к повышению частоты магнитного поля; магнитная проницаемость у него резко падает с частотой.

2. В магнитных материалах, подверженных действию высокочастотного магнитного поля помех, заметно проявляется поверхностный эффект, т. е. вытеснение магнитного потока к поверхности стенок экрана, вызывая увеличение магнитного сопротивления экрана. При таких условиях кажется, что почти бесполезно увеличивать толщину стенок экрана за пределы тех величин, которые заняты магнитным потоком при данной частоте. Такой вывод неправилен, ибо увеличение толщины стенок приводит к снижению магнитного сопротивления экрана даже при наличии поверхностного эффекта. При этом одновременно следует учитывать и изменение магнитной проницаемости. Так как явление поверхностного эффекта в магнитных материалах обычно начинает сказываться заметнее, чем снижение магнитной проницаемости в области низких частот, то влияние обоих факторов на выбор толщины стенок экрана будет различным на разных диапазонах частот магнитных помех. Как правило, снижение экранирующих свойств с повышением частоты помехи сильнее проявляется в экранах из материалов с высокой начальной магнитной проницаемостью. Указанные выше особенности магнитных материалов дают основание для рекомендаций по выбору материалов и толщины стенок магнитных экранов. Эти рекомендации могут быть сведены к следующим:

А) экраны из обычной электротехнической (трансформаторной) стали, обладающие малой начальной магнитной проницаемостью, можно применять при необходимости обеспечить малые коэффициенты экранирования (Кэ 10); такие экраны обеспечивают почти неизменный коэффициент экранирования в достаточно широкой полосе частот, вплоть до нескольких десятков килогерц; толщина таких экранов зависит от частоты помехи, причем чем ниже частота, тем большая толщина экрана требуется; например, при частоте магнитного поля помех 50-100 гц толщина стенок экрана должна быть приблизительно равна 2 мм; если требуется увеличение коэффициента экранирования или большая толщина экрана, то целесообразно применять несколько экранирующих слоев (двойных или тройных экранов) меньшей толщины;

Б) экраны из магнитных материалов с высокой начальной проницаемостью (например пермаллой) целесообразно применять при необходимости обеспечения большого коэффициента экранирования (Кэ > Ю) в сравнительно узкой полосе частот, причем толщину каждой оболочки магнитного экрана нецелесообразно выбирать больше 0,3-0,4 мм; экранирующее действие таких экранов начинает заметно падать на частотах, выше нескольких сот или тысяч герц, в зависимости от начальной проницаемости этих материалов.

Все сказанное выше о магнитных экранах справедливо в отношении слабых магнитных полей помех. Если же экран находится вблизи от мощных источников помех и в нем возникают магнитные потоки с большой магнитной индукцией, то, как известно, приходится учитывать изменение магнитной динамической проницаемости в зависимости от индукции; необходимо также учитывать при этом потери в толще экрана. Практически же с такими сильными источниками магнитных полей помех, при которых надо было бы считаться с их действием на экраны, не встречаются, за исключением некоторых специальных случаев, не предусматривающих радиолюбительскую практику и нормальные условия работы радиотехнических устройств широкого применения.

Тест

1. При магнитном экранировании экран должен:
1) Обладать меньшим магнитным сопротивлением, чем воздух
2) обладать равным воздуху магнитным сопротивлением
3) обладать большим магнитным сопротивлением, чем воздух

2. При экранировании магнитного поля Заземление экрана:
1) Не влияет на эффективность экранирования
2) Увеличивает эффективность магнитного экранирования
3) Уменьшает эффективность магнитног экранирования

3. На низких частотах (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
а) Толщины экрана, б) Магнитной проницаемости материала, в) Расстояния между экраном и другими магнитопроводами.
1) Верно только а и б
2) Верно только б и в
3) Верно только а и в
4) Все варианты верны

4. В магнитном экранировании при низких частотах используется:
1) Медь
2) Аллюминий
3) Пермаллой.

5. В магнитном экранировании при высоких частотах используется:
1) Железо
2) Пермаллой
3) Медь

6. На высоких частотах (>100кГц) эффективность магнитного экранирования не зависит от:
1) Толщины экрана

2) Магнитной проницаемости материала
3) Расстояния между экраном и другими магнитопроводами.

Использованая литература:

2. Семененко, В. А. Информационная безопасность / В. А. Семененко - Москва, 2008г.

3. Ярочкин, В. И. Информационая безопасность / В. И. Ярочкин – Москва, 2000г.

4. Демирчан, К. С. Теоретические основы электротехники III том / К. С. Демирчан С.-П, 2003г.