Tienenie magnetického poľa permanentným magnetom, tienenie striedavého magnetického poľa
Na zníženie intenzity magnetického poľa permanentného magnetu alebo nízkofrekvenčného striedavého magnetického poľa so striedavými prúdmi v určitej oblasti priestoru použite magnetické tienenie... V porovnaní s elektrickým poľom, ktoré je aplikáciou celkom ľahko tienené Faradayove bunky, magnetické pole nie je možné úplne zatieniť, možno ho len do určitej miery zoslabiť na určitom mieste.
V praxi sa na účely vedeckého výskumu, v medicíne, v geológii, v niektorých technických odboroch súvisiacich s vesmírom a jadrovou energetikou často tiene veľmi slabé magnetické polia, indukcia ktorá zriedka presahuje 1 nT.
Hovoríme tak o permanentných magnetických poliach, ako aj o premenných magnetických poliach v širokom frekvenčnom rozsahu. Napríklad indukcia magnetického poľa Zeme v priemere nepresahuje 50 μT; takéto pole sa spolu s vysokofrekvenčným šumom ľahšie tlmí magnetickým tienením.
Pokiaľ ide o tienenie rozptylových magnetických polí vo výkonovej elektronike a elektrotechnike (permanentné magnety, transformátory, silnoprúdové obvody), často stačí značnú časť magnetického poľa jednoducho lokalizovať, než sa snažiť o jeho úplné odstránenie. Feromagnetický štít — na tienenie permanentných a nízkofrekvenčných magnetických polí
Prvý a najjednoduchší spôsob ochrany magnetického poľa je použitie feromagnetického štítu (tela) vo forme valca, plechu alebo gule. Materiál takejto škrupiny musí mať vysoká magnetická permeabilita a nízka donucovacia sila.
Keď je takýto štít umiestnený vo vonkajšom magnetickom poli, magnetická indukcia vo feromagnetiku samotného štítu sa ukáže byť silnejšia ako vo vnútri tienenej oblasti, kde bude indukcia zodpovedajúcim spôsobom nižšia.
Zoberme si príklad obrazovky vo forme dutého valca.
Obrázok ukazuje, že indukčné čiary vonkajšieho magnetického poľa prenikajúce do steny feromagnetickej clony sú v nej a priamo v dutine valca zhrubnuté, preto budú indukčné čiary redšie. To znamená, že magnetické pole vo vnútri valca zostane minimálne. Pre kvalitné prevedenie požadovaného efektu sa používajú feromagnetické materiály s vysokou magnetickou permeabilitou ako napr permaloid alebo mu-metal.
Mimochodom, jednoduché zhrubnutie steny obrazovky nie je najlepší spôsob, ako zlepšiť jej kvalitu.Oveľa účinnejšie sú viacvrstvové feromagnetické tienenia s medzerami medzi vrstvami tvoriacimi tienenie, kde sa tieniaci koeficient bude rovnať súčinu tieniacich koeficientov pre jednotlivé vrstvy — kvalita tienenia viacvrstvového tienenia bude lepšia ako efekt súvislá vrstva s hrúbkou rovnajúcou sa súčtu horných vrstiev.
Vďaka viacvrstvovým feromagnetickým clonám je možné vytvárať magneticky tienené miestnosti pre rôzne štúdie. Vonkajšie vrstvy takýchto obrazoviek sú v tomto prípade vyrobené z feromagnetov, ktoré saturujú pri vysokých hodnotách indukcie, zatiaľ čo ich vnútorné vrstvy sú z mu kovu, permaloidu, metglassu atď. — z feromagnetík, ktoré saturujú pri nižších hodnotách magnetickej indukcie.
Medený štít — na tienenie striedavých magnetických polí
Ak je potrebné tieniť striedavé magnetické pole, tak sa používajú materiály s vysokou elektrickou vodivosťou ako napr med.
V tomto prípade bude meniace sa vonkajšie magnetické pole indukovať indukčné prúdy vo vodivej clone, ktorá pokryje priestor chráneného priestoru a smer magnetických polí týchto indukčných prúdov v clone bude opačný ako vonkajšie magnetické pole. , ochrana z ktorej je takto usporiadaná. Preto bude vonkajšie magnetické pole čiastočne kompenzované.
Okrem toho, čím vyššia je frekvencia prúdov, tým vyšší je koeficient tienenia. Preto sú pre nižšie frekvencie a ešte viac pre konštantné magnetické polia najvhodnejšie feromagnetické clony.
Preosievací koeficient K, v závislosti od frekvencie striedavého magnetického poľa f, veľkosti sita L, vodivosti materiálu sita a jeho hrúbky d, možno približne nájsť podľa vzorca:
Aplikácia supravodivých obrazoviek
Ako viete, supravodič je schopný úplne posunúť magnetické pole od seba. Tento jav je známy ako Meissnerov efekt… Podľa Lenzove pravidloakákoľvek zmena magnetického poľa v supravodiči vytvára indukčné prúdy, ktoré svojimi magnetickými poľami kompenzujú zmenu magnetického poľa v supravodiči.
Ak to porovnáme s obyčajným vodičom, tak v supravodiči indukčné prúdy nezoslabnú a preto sú schopné pôsobiť kompenzačným magnetickým účinkom nekonečne (teoreticky) dlho.
Za nevýhody metódy možno považovať jej vysokú cenu, prítomnosť zvyškového magnetického poľa vo vnútri obrazovky, ktoré tam bolo pred prechodom materiálu do supravodivého stavu, ako aj citlivosť supravodiča na teplotu. V tomto prípade môže kritická magnetická indukcia pre supravodiče dosiahnuť desiatky tesla.
Metóda tienenia s aktívnou kompenzáciou
Aby sa znížilo vonkajšie magnetické pole, môže sa špecificky vytvoriť dodatočné magnetické pole rovnakej veľkosti, ale opačného smeru ako vonkajšie magnetické pole, pred ktorým má byť určitá oblasť tienená.
To sa dosiahne implementáciou špeciálne kompenzačné cievky (Helmholtzove cievky) — pár identických koaxiálne usporiadaných cievok s prúdom, ktoré sú oddelené vzdialenosťou polomeru cievky. Medzi týmito cievkami sa získa pomerne rovnomerné magnetické pole.
Na dosiahnutie kompenzácie pre celý objem danej oblasti potrebujete aspoň šesť takýchto cievok (tri páry), ktoré sú umiestnené v súlade s konkrétnou úlohou.
Typickými aplikáciami pre takýto kompenzačný systém sú ochrana proti nízkofrekvenčným poruchám generovaným elektrickými sieťami (50 Hz), ako aj tienenie zemského magnetického poľa.
Typicky systémy tohto typu pracujú v spojení so snímačmi magnetického poľa. Na rozdiel od magnetických tienenia, ktoré redukujú magnetické pole spolu so šumom v celom objeme ohraničenom tienením, aktívna ochrana pomocou kompenzačných cievok umožňuje eliminovať magnetické rušenie len v lokálnej oblasti, na ktorú je naladená.
Bez ohľadu na konštrukciu systému proti magnetickému rušeniu, každý z nich potrebuje antivibračnú ochranu, pretože vibrácie obrazovky a snímača prispievajú k vytváraniu dodatočného magnetického rušenia zo samotnej vibračnej obrazovky.